【摘 要】
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既有铆接钢桁梁桥在各国公路和铁路交通干线上得到了广泛应用,该类桥梁大多已服役超过半个世纪,在腐蚀劣化与反复交通荷载的长期耦合作用下,结构经历抗疲劳性能的经时劣化过程。随着服役年限的延长,由腐蚀导致的疲劳抗力显著退化和由交通荷载增长导致的疲劳性能需求大幅度提升之间的矛盾凸显,由此引发的服役期结构安全问题日趋严峻,如何厘清该类结构疲劳性能的经时演化机理并准确评估其剩余疲劳寿命,是确保结构服役安全并进行
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既有铆接钢桁梁桥在各国公路和铁路交通干线上得到了广泛应用,该类桥梁大多已服役超过半个世纪,在腐蚀劣化与反复交通荷载的长期耦合作用下,结构经历抗疲劳性能的经时劣化过程。随着服役年限的延长,由腐蚀导致的疲劳抗力显著退化和由交通荷载增长导致的疲劳性能需求大幅度提升之间的矛盾凸显,由此引发的服役期结构安全问题日趋严峻,如何厘清该类结构疲劳性能的经时演化机理并准确评估其剩余疲劳寿命,是确保结构服役安全并进行科学运维决策的基本前提。以一座典型的既有铆接钢桁梁桥为研究对象,针对上述问题开展了系列研究,主要内容包括:(1)综述国内外既有铆接钢桁梁桥疲劳寿命评估、腐蚀分析及预测、腐蚀疲劳的研究现状,探讨考虑腐蚀劣化效应的既有铆接钢桁梁桥体系疲劳抗力方面仍需深化研究的关键问题,明确研究目标、研究思路和研究内容;(2)建立既有铆接钢桁梁桥全桥梁单元识别模型和节点板多尺度有限元模型,基于雨流计数法和线性疲劳累积损伤准则,使用Matlab编写了结构体系疲劳危险杆件和节点板的识别程序,明确了不考虑腐蚀劣化效应时,结构体系的主导疲劳失效路径;(3)对典型既有铆接钢桁梁桥进行了腐蚀实桥调研,确定了腐蚀的统计特征,推导了实桥构件的腐蚀时变方程,引入机器学习方法确定了腐蚀对构件疲劳抗力的劣化效应,获得了计入腐蚀劣化效应的既有铆接钢桁梁桥服役期时变疲劳抗力评估曲线;(4)基于随机车流数据、车流历史变化与发展情况建立了随机车流疲劳荷载模型,考虑腐蚀对疲劳抗力的时变劣化效应,明确了疲劳关键构件的疲劳损伤全寿命经时演化过程以及主导疲劳失效路径的迁移特性,确定了考虑腐蚀劣化效应的结构体系剩余疲劳寿命。研究成果可为既有铆接钢桁梁桥结构服役安全和运维决策提供科学依据。
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