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1、基于概率的钢桥焊接构件疲劳养护策略优化方法第卷,第期..中国铁道科学年月,文章编号:卜一一基于概率的钢桥焊接构件疲劳养护策略优化方法曾勇’,谭红梅’,孙士成,甘林坤一,刘国强,曲美燕.重庆交通大学山区桥梁结构与材料教育部工程研究中心,重庆;.重庆交通大学山区桥梁与隧道工程国家重点实验室培育基地,重庆;.中交一航局第二工程有限公司,山东青岛;.重庆市公路局,重庆;.重庆建工涪南高速公路有限公司,重庆摘要:将线弹性断裂力学、结构可靠度理论与全寿命成本分析法相结合,提出基于概率的钢桥焊接构件疲劳养护策略优化分析方法。根据钢桥焊接构件疲劳裂纹的尺寸,采用分级维修策略,根据全寿命思想将养护费用分为检
2、测费用、维修费用和失效费用;基于构件的需检、维修和失效概率,以构件满足最小允许可靠度的养护总费用最小为优化目标,进行养护策略优化分析。对某悬索桥钢箱梁横向加劲肋疲劳养护策略优化分析的结果表明,检测费用对最优检测维修时刻的影响最明显;检测费用增大,最优检测维修时刻推迟;维修费用增大,最优检测维修时刻提前;折现率能改变总费用的值;当失效概率很小时,失效费用增大对最优检测维修时刻影响不大。提出的养护策略优化方法简单实用,可操作性强,可用于类似钢结构的养护优化。关键词:钢桥;焊接构件;线弹性断裂力学;疲劳;优化;折现率;养护策略中图分类号:.;.文献标识码::./..?...在钢桥中,由焊接产生的
3、缺陷常导致微裂纹出疲劳养护方法。现,这些微裂纹往往位于焊趾处,并在反复荷载的作用下不断扩展,易导致焊接构件失效。裂纹扩展钢桥构件的疲劳可靠性的影响因素有结构的外形、材料特性和荷载状况等。这些影响因素都是随机的,因此处理疲劳问题钢桥构件的疲劳裂纹一般要经历疲劳裂纹形成和疲劳裂纹扩展过程’’。由于钢桥构件中不可应采用概率分析方法。养护是减少和控制结构失效风险的一个重要方避免地存在各种初始缺陷,其疲劳裂纹形成寿命接法。检测与维修是保证结构安全的重要控制手段。近于零,因此对于含有初始裂纹口。的钢桥构件,检测和维修过多会使养护费用增加,而较少又可能只需考虑其疲劳裂纹扩展寿命。在交变的工作应力使结构的
4、可靠度低于目标值,使结构处于不安全状下,初始裂纹的扩展可采用公式计算。态。因此,合理的检测和维修策略应在费用与失效掌一△咒风险之间找到合理的平衡。传统基于经验的检测其中,△一笛口口/?口方法不但费用较高,而且还会产生不必要的检测。,维修优化应从技术、经济和管理等方面综式中:为裂纹尺寸;行为循环次数;,为材料的疲劳参数;△为应力强度因子幅值;血为应合考虑。离岸工程结构如近海海洋平台与船舶结构已将基于概率的养护优化方法用于钢结构的维力幅均值;为应力的几何修正系数;.是应力强度修正系数,反映了裂纹尖端穿透不同的构修活动当中,目前已有许多该主题论文发表’。造细节时对应力强度因子幅值△的影响。但将基
5、于概率的养护方法用到钢桥结构中的资料还很少见。本文将桥梁的养护费用分为检测费用、维裂纹扩展的本质是结构内在抗力和外荷载共同修费用和失效费用,提出基于概率的钢桥焊接构件作用的结果,内在抗力是材料的属性,外荷载是驱收稿日期:一一;修订日期:?一基金项目:国家自然科学基金资助项目;国家“九七三”计划项目;重庆市教委科学技术研究项目目,Ⅺ;重庆市交委科技项目?;重庆交通大学山区桥梁与隧道工程国家重点实验室培育基地开放基金项目?,一;浙江省公路管理局科技项目作者简介:曾勇一,男,重庆璧山人,讲师,博士。万方数据第卷中国铁道科学同,相应的检测费用也不同。每种检测方法都有检动力。将式带人式后积分,可得测
6、精度,即最小可检的裂纹尺寸口,当裂纹低于五瓦丽舞“矽口厶”?一口。时,裂纹不能被检测出来,认为没有裂纹。式中:为钢桥的运营时间;,为钢桥运营时间.维修策略时的裂纹尺寸;为年平均应力循环次数。在时刻检测裂纹时,会出现种可能的情裂纹扩展达到临界失效尺寸口时,式则况:没有检测到裂纹、检测到裂纹但不维修和检测变为到裂纹并立即维修。对于前种情况,由于没有采取维修,并不改变构件的现状。对于检测到裂纹并??些?矽。以、奴口/口”进行立即维修这种情况,根据时刻裂纹检测尺式中:。为钢桥构件的使用寿命。寸吼的大小,采取不同的维修策略。具体如下:式左端项表示结构抗力,即裂纹从。扩当以。.口,时,采用维修
7、策略;展到口时构件的疲劳抗力。式的右端项是当口。≤。以:时,采用维修策略;钢桥运营了时间时外荷载的累积作用。则运营时间后构件疲劳的安全余量为当以。,一,≤以‘仉,时,采用维修策略。;嘶,。。,。,?,%分别为各维修策略的裂纹尺一‘???竺‘??矽%口盘√丁【盘.寸界限,且仉一≤口;以,为维修策略的总数。用。≤表示在时刻,实际裂纹尺寸当时,口。口,构件不会疲劳失效;大于口。的事件;盘。表示在时刻,实际当一时,
