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原文传递基于WIM的钢箱梁正交异性桥面板焊接细节疲劳可靠度评估

论文题名：	基于WIM的钢箱梁正交异性桥面板焊接细节疲劳可靠度评估
关键词：	大跨度钢箱梁悬索桥;正交异性桥面板;动态称重系统;横隔板焊接;疲劳寿命;可靠度评估
摘要：	正交异性桥面板因其轻质、高强、装配性好等优点，在众多桥面结构形式中脱颖而出，受到许多工程师们的青睐，目前被普遍应用于工程实践之中。但由于该结构以钢材为主，需要用到大量的焊接工艺，所以导致焊接细节的类型和数量都较多。又由于焊接细节的疲劳寿命和可靠度也是反映桥梁使用年限的重要指标，再加上车流量也会随着经济发展而逐年攀升，并且不同桥梁所处的环境与使用条件都不一样，故有必要针对特定的桥梁进行疲劳寿命和可靠度评估。　　本文根据某大跨度钢箱梁正交异性桥面板悬索桥上动态称重系统采集的一段时间内车辆信息监测数据，结合有限元软件，评估了该桥上U肋和桥面板焊接细节以及U肋下缘和横隔板焊接细节的疲劳寿命和可靠度。主要研究内容如下：　　(1)对动态称重系统监测的原始车辆信息进行初步的统计和预处理，根据车重筛选出适合用于疲劳分析的车辆信息。然后以车轴数对不同车型进行分类，分别统计出不同车道上各类车型的占比情况。　　(2)针对不同车道上各车型的分布情况，统计出每类车型的轴重概率密度分布以及轴距概率密度分布，再用高斯分布模型或混合高斯分布模型对其进行拟合，并根据拟合优度参数判断概率密度曲线的拟合效果。　　(3)用蒙特卡洛法分别对轴重和轴距进行随机抽样，生成符合实际车辆概率密度分布的随机数，将随机的轴重和轴距进行组合，即可在每个车道上建立随机车辆荷载模型。　　(4)建立钢箱梁局部有限元模型，然后选定疲劳易损部位，本次研究选定U肋和桥面板焊接细节（A类细节）以及U肋下缘和横隔板焊接细节（B类细节）作为研究对象。接着施加荷载计算出各车道上两类焊接细节的应力影响线，将不同车道的随机车辆荷载模型按照相应的应力影响线加载，加载后的结果用雨流计数法进行统计，即可得到各焊接细节的疲劳应力谱。再计算出不同焊接细节的等效应力幅与等效循环次数，并分别统计得到二者的概率密度分布，接着对其进行拟合，得到相应的拟合曲线。　　(5)结合疲劳应力谱和线性疲劳损伤原理，即可计算出各车道上车辆荷载在不同增长系数下随时间变化的焊接细节疲劳寿命；结合等效应力幅、等效循环次数的概率密度拟合曲线以及可靠度理论，即可计算出不同车道上考虑车辆荷载增长系数后随时间变化的焊接细节可靠度指标。　　(6)根据计算结果绘制各焊接细节在不同车辆荷载增长系数下的疲劳损伤发展曲线和可靠度指标变化曲线，以此对正交异性桥面板上选定焊接细节的疲劳寿命与可靠度进行评估，并对服役期内没有达到可靠度标准的细节提出相应的维修和养护建议。　　主要结论如下：　　(1)高斯分布和混合高斯分布能较好拟合各车道上不同车型轴重和轴距的概率密度分布直方图。　　(2)不考虑交通量增长时，3车道、4车道和6车道上A类细节的疲劳寿命与可靠度同时处于安全范围；3车道和4车道上B类细节的疲劳寿命略高于设计年限，并且所有车道上该类细节在设计年限内其可靠度最终都低于目标可靠度。　　(3)考虑交通量的增长后，大多数焊接细节的可靠度指标都在服役期内大幅下滑，对于细节A1、A2、A5和A6以及所有B类焊接细节都要重点关注，增加维修与养护的频率。　　(4)同一车道上B类细节的疲劳寿命和可靠度都远小于A类细节，所以前一类焊接细节的抗疲劳性能比后一类差。
作者：	贺伟诚
专业：	建筑与土木工程
导师：	王超
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖北工业大学
学位年度：	2022