考慮環(huán)境變溫作用的大跨橋梁疲勞損傷分析

王瑩 李兆霞 繆海萍

摘要：基于橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)記錄的溫度時程數(shù)據(jù)，研究鋼箱梁頂板、底板的溫度變化特征和規(guī)律，利用間接耦合法將熱分析的溫度數(shù)據(jù)作為體荷載施加于結(jié)構(gòu)多尺度有限元模型，獲得了環(huán)境變溫引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，實現(xiàn)了從熱分析到結(jié)構(gòu)應(yīng)力的分析，然后，利用健康監(jiān)測系統(tǒng)記錄的應(yīng)變時程數(shù)據(jù)，考察車輛荷載和環(huán)境變溫所引起的應(yīng)變特征的差異，提取和分離出由環(huán)境變溫和車輛荷載引起的應(yīng)變時程，并與模擬得到的應(yīng)力時程加以對比和相互驗證，在此基礎(chǔ)上利用連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)理論分析車輛荷載單獨作用以及車輛和環(huán)境變溫交互作用所引起的橋梁累積損傷.結(jié)果表明：提出的損傷分析流程可實現(xiàn)橋梁關(guān)鍵部位在考慮環(huán)境變溫和車輛荷載兩種因素作用下的損傷分析.環(huán)境變溫單獨作用所引起的疲勞損傷很小，基本可以忽略，但兩者交互作用所引起的結(jié)構(gòu)疲勞損傷相對于車輛單獨作用下的損傷有顯著差異.在服役初期環(huán)境變溫的作用并不顯著，隨著疲勞損傷的不斷增加，這種交互作用對結(jié)構(gòu)疲勞損傷累積的影響會愈發(fā)明顯，即環(huán)境溫度變化引起的荷載會加速結(jié)構(gòu)服役中后期疲勞損傷的累積速率，進而對結(jié)構(gòu)疲勞壽命產(chǎn)生顯著影響。

關(guān)鍵詞：大跨橋梁；環(huán)境變溫；疲勞損傷；應(yīng)力時程效應(yīng)；有限元分析