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钢桁架桥剩余寿命评估文献综述

 2020-04-26 11:04  

1.目的及意义

1.目的及意义:

我国很多在役钢桁架桥梁的运行时间超过了50年,交通荷载的增加,加速了桥梁桁架结构内部的疲劳损伤,这些桥梁易发生疲劳破坏,并且疲劳破坏常导致的桥梁结构的断裂倒塌具有突发性。为了消除在役钢桁架桥的剩余疲劳寿命评估的方法流程是至关重要的。然而 , 国内外相关规范均未提供可靠的钢结构桥梁评估方法。以《城市桥梁养护技术规范》(CJJ 99- 2003)为例, 在其附录表D-2 中规定钢构件的锈蚀程度采用经验性的打分法按锈蚀范围进行评估, 但并没有说明锈蚀范围对承载力的影响,无法满足结构承载力与剩余寿命评估的需要。其他相关文献中涉及的桥梁的承载能力验算方法及剩余使用寿命评估方法同样有待改良。

2.国内外研究现状:

随着交通运输业的发展,加上交通量荷载量的增大,钢桥疲劳问题愈来愈引起关注。世界各国早在19世纪就展开了对疲劳问题的研究。研究方向包括疲劳裂纹形成和扩展的微观机理、疲劳累积损伤理论、疲劳累积损伤的计算、抗疲劳的设计及腐蚀疲劳等许多方面,并取得了一定的成果。德国人Wohler自1852年开始研究金属疲劳问题,提出了用S-N曲线描述疲劳行为的方法和疲劳“耐久极限”的概念,确定了应力幅是疲劳破坏的决定因素。20世纪40年代初,美国首先进行了大量的桥梁结构焊接构件的疲劳试验,并于1947年颁布《公路铁路焊接桥技术规范》;WM.Wilosn以其研究为依据,指出了铆接铁路钢桥最容易出现疲劳开裂的部位;随后,美国人M.A.Miner在对疲劳累积损伤问题进行了大量试验研究的基础上将J.V.Palmgren提出的线性累积损伤理论公式化,即形成后来的Palmgren-Miner准则,成为沿用至今的钢桥抗疲劳设计和寿命评估的理论基础。

到了50年代随着断裂力学的发展,进一步促进了疲劳裂纹扩展规律及失效控制的研究。1963年Paris用断裂力学的方法给出了表达裂纹扩展的著名关系式PariS公式在此基础上发展了损伤容限方法,从而使断裂力学与疲劳这两门学科逐渐结合起来,成为断裂力学研究疲劳寿命的理论基础。

1980年英国颁布了BS5400规范中“疲劳设计使用规划”的条文,该规范中的这一部分内容反映了当代钢桥疲劳研究的最新成果。

我国的疲劳研究开始比较晚,但发展较快。20世纪50年代初,钱冬生教授就开始全面深入的研究疲劳问题,并出版了专著《钢桥疲劳设计》,为我国研究钢桥疲劳问题奠定了基础。铁道部科学研究院潘际炎对铁路桥梁设计基础理论展开研究,完成了铁路桥梁疲劳可靠度设计方法,为我国栓焊钢桥的发展开创了新纪元。

近年来钢桥的疲劳及剩余寿命问题愈发引起国内的研究学者们的重视。经多位专家研究计算后产生了基于疲劳累计损伤和断裂力学理论,采用蒙特卡罗法模拟桥梁随机车流,对铆接钢桥进行剩余寿命与使用安全评估。通过用雨流计数法将实测随机应力载荷转化成寿命评估所需要的疲劳应力载荷谱对既有铆接铁路钢桥进行寿命评估;在役钢桥的剩余寿命进行了系统的研究,提出了基于可靠度的的老龄钢桥的安全评估方法。由于影响钢桥疲劳问题的因素较多,至今对钢桥的疲劳问题仍尚未得到很好的解决,亟待更多学者的后续探索发现。


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