大跨悬索桥索梁锚固区疲劳养护概率优化方法
2018-03-26
悬索桥吊杆（索）与加劲梁之间的锚固区（通常称为索梁锚固区）是主缆和加劲梁之间的传力构件，是控制加劲梁设计的重要部位。索梁锚固区结构复杂，应力集中，吊杆（索）索力由它传给主梁，其力学性能直接关系全桥的安全[13]。在风与车辆等反复荷载作用下，易发生疲劳破坏。随着中国交通运输业的迅速发展，交通流量不断增加[4]，索梁锚固区更易发生疲劳破坏。
许多大跨度悬索桥修建时对吊索在钢主梁上锚固区域的疲劳性能进行了疲劳试验研究[13，5]。但这些研究大都集中在索梁锚固系统的受力分析与疲劳性能评估，对其养护评估涉及较少。本文基于全寿命养护方法[6]，把桥梁的养护费用分为检测费用、维修费用与失效费用，其中检测费用和维修费用为实际费用，失效费用为风险费用，将线弹性断裂力学（LEFM）、结构可靠度理论、全寿命成本分析法用于焊接钢桥的养护策略，提出了疲劳养护概率优化的方法，以辅助焊接钢桥构件养护决策；通过优化维修时间间隔实现最优的维修费用，并用于悬索桥的索梁锚固系统的疲劳维修示例中。
1基于LEFM的疲劳寿命可靠性评估
在反复荷载作用下，钢构件会出现裂纹，且在荷载作用下不断扩展，易导致疲劳失效[7]。疲劳裂纹扩展的影响因素往往都是随机的，钢构件的疲劳寿命往往具有较大的随机性，因此其疲劳寿命可靠性评估一般采用概率分析的方法[8]。
3.4交通量对疲劳可靠度的影响
随着社会经济水平的不断发展，汽车保有量逐年增长，桥梁承受的交通荷载也会不断地增长，桥梁结构焊接细节所承受的疲劳荷载效应也会持续地增长。在计算服役期内焊接细节的疲劳可靠度时，须将计入疲劳荷载效应的增长。通过蒙特卡洛法模拟计算式（11），则索梁锚固区焊接细节的疲劳可靠度如图7所示。
3.5车辆载重变化对疲劳可靠度的影响
4结论
1）将养护费用分为检测费用，维修费用与失效费用，其中检测与维修费用是实际发生的费用，而失效费用属于风险效应成本，表示疲劳失效可能造成的损失。提出了钢桥焊接构件的疲劳养护优化方法，将养护优化问题变为在构件满足最小允许可靠度的总费用最小的问题。该方法考虑了平均应力、决策者的维修意愿概率和费用成本等多种因素，使分析疲劳养护优化更接近工程实际。
2）在忽略次要因素的基础上，对该疲劳养护优化方法进行了简化，该简化方法简单实用，可操作性强，适用面广。 3）以青草背大桥的主梁的耳板式索梁锚固区的疲劳养护为例，在简化次要参数的基础上分析了检测费用、维修费用、失效费用以及折现率等主要参数对最优检测时刻的影响。
4）结构的可靠度随交通量增长而下降，疲劳养护时刻相应提前。索梁锚固区的焊接细节的疲劳破坏风险随车辆荷载逐年增加而增大，应引起足够的重视。限于篇幅，本文只列举了索梁锚固区疲劳焊接一个细节的养护策略，并未列出其他疲劳细节。多疲劳细节的疲劳养护优化是今后的研究方向。
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