大跨度初始弯扭桥疲劳性能衰退与寿命预测研究

At present, the bridge fatigue life prediction is still not able to consider the important factors of material performance degradation, local damage accumulation to recession fatigue performance at bridge service period. This project is combined with bridge structural health monitoring system, establishes a fatigue damage accumulation process analysis for the target of the large-span naturally bending and twisted bridge structure multi-scale finite element model, simulation and analysis of structure fatigue damage accumulation and resistance of the attenuation process, and the recession fatigue performance based on the analysis of fatigue life prediction. The main research contents include: establishing a balanced overall dimensions, local component structure of scale and local details scale naturally bending and twisted bridge structure finite element model, in order to realize to extracting the whole response, welding detail place partial damage cumulative information in the same model; Based on the bridge monitoring information and artificial detection of bridge structure for the status change and correction model; Exploring typical bridge welding components and anchor a steel structure in different local corrosion degree, the fatigue strength recession model; Based on the fatigue performance recession created process analysis of bridge structure key components, welding cable and steel box girder of anchorage zone system fatigue life prediction and time-varying reliability evaluation, for large-span naturally bending and twisted bridge fatigue damage of early detection and accurate assessment of life provides the basis.

目前桥梁疲劳寿命预测尚无法考虑服役期内由于材料性能劣化、局部损伤累积等重要因素所导致的疲劳性能衰退。本课题结合结构健康监测系统，建立以疲劳损伤累积过程分析为目标的大跨度初始弯扭桥结构多尺度精细一致有限元模型，模拟整体桥梁结构疲劳损伤累积和抗力衰减的过程，并在疲劳性能衰退分析基础上预测其疲劳寿命。主要研究内容有：建立一个兼顾结构整体尺度、局部构件尺度和局部细节尺度的大跨度初始弯扭桥结构有限元模型，以实现在同一模型上同时提取整体响应与焊接细节处损伤累积等信息；基于桥梁监测信息和人工检测等手段获得的结构缺陷来实时修正和更新模型；探索大跨度初始弯扭桥焊缝细节在不同局部锈蚀程度上，其疲劳强度衰退模型；创建基于疲劳性能衰退过程分析进行大跨度初始弯扭桥梁结构关键焊接构件和钢箱梁整体体系的疲劳寿命预测与时变可靠性评估方法，为大桥疲劳损伤的及早侦测与准确的寿命预测提供依据。

目前桥梁疲劳寿命预测尚无法考虑桥梁服役期内由于材料性能劣化、局部损伤累积以及交通流量增加等重要因素所导致的疲劳性能衰退。本课题拟结合桥梁结构健康监测系统，建立以疲劳损伤累积过程分析为目标的大跨度初始弯扭桥结构多尺度有限元模型，模拟分析结构疲劳损伤累积和抗力衰减的过程，并在疲劳性能衰退分析基础上预测疲劳寿命。主要研究内容有：建立一个兼顾结构整体尺度、局部构件尺度和局部细节尺度的弯扭桥结构有限元模型，以实现在同一模型上同时提取整体响应、焊接细节处局部损伤累积信息；基于桥梁监测信息和人工检测、无损探伤等手段获得的桥梁结构锈蚀、裂纹、损伤状态修改和修正模型；探索典型桥梁焊接构件和锚固件在不同钢结构局部锈蚀程度上，其疲劳强度衰退模型；创建基于疲劳性能衰退过程分析进行桥梁结构关键焊接构件、缆索锚固区和钢箱梁体系的疲劳寿命预测与时变可靠性评估方法，为大跨桥梁疲劳损伤的及早侦测和准确的寿命评估提供依据。. 本项目为2012年度批准的科学部主任基金，研究期限1年。本项目的总体研究目标是：发展基于桥梁结构健康监测信息和结构多尺度疲劳损伤与结构性能衰退分析的桥梁疲劳时变可靠性预测方法，给大跨初始弯扭桥梁疲劳损伤的及早侦测和寿命评估提供依据。具体的研究目标为：（1）构建初始弯扭梁单元精确的单元位移模式，建立用于桥梁结构时变动力响应和局部疲劳损伤累积分析的结构多尺度有限元模型；（2）探讨钢结构表面锈蚀深度及其它检测发现的结构缺陷对桥梁结构疲劳强度的影响，建立疲劳强度衰退模型。. 针对研究目标（1），本研究项目已经构建了精确且实用的初始弯扭梁单元位移模式，且针对此目标已经发表文章2篇，1篇SCI（4区），1篇EI检索。针对研究目标（2），在出版的编著书中（（1本，中国建筑工业出版社出版，2013））就桥梁结构的疲劳强度，考虑结构定量缺陷的影响，做出了相应的实用程序编写。