第1章 绪论 1
第2章 大跨缆索桥疲劳应力监测和响应时程信息分析 7
2.1 大跨缆索桥结构健康监测系统的应变传感器布置概述 7
2.1.1 青马大桥结构健康监测系统中的应变传感器布置 7
2.1.2 润扬大桥结构健康监测系统中的应变传感器布置 9
2.2 钢箱梁结构应变监测和应变时程的基本规律 11
2.3 应变响应监测结果分析 14
2.3.1 应变时程分析提取出车辆经过时的主要应变幅 14
2.3.2 应力幅谱分析 16
2.3.2.1 雨流计数法原理 16
2.3.2.2 对应变监测数据的循环提取 19
2.3.3 应变时程中的温度效应分析 22
2.4 钢箱梁结构中的疲劳等效应力分布 25
第3章 面向疲劳状态评估的大跨缆索桥钢箱梁结构有限元模拟 28
3.1 大跨缆索桥钢箱梁结构疲劳损伤分析方法概述 28
3.1.1 基于结构健康监测系统的分析方法 30
3.1.2 结合监测数据和有限元模拟的分析方法 31
3.2 大跨缆索桥整体结构与局部易损构件的多尺度建模 32
3.3 等效异性桥面板与疲劳易损构件细节模型的跨尺度衔接 34
3.3.1 基于子结构技术的跨尺度连接 34
3.3.2 基于子模型技术的跨尺度连接 35
3.4 面向疲劳状态评估的润扬斜拉桥多尺度建模 36
3.5 考虑疲劳时变损伤状态的结构有限元模型更新方法 41
3.5.1 考虑疲劳损伤时变特性的主要因素 41
3.5.2 易损部位疲劳裂纹萌生后的结构模型更新方法 42
3.5.3 表面缺陷的人工检测信息量化及其模型更新方法 43
3.5.4 考虑疲劳时变损伤状态的结构有限元模型更新流程 44
第4章 大跨缆索桥钢箱梁结构动力响应分析和疲劳损伤评估 47
4.1 大跨缆索桥服役载荷模拟方法概述 47
4.1.1 标准卡车载荷模拟方法概述 48
4.1.1.1 基于等效疲劳损伤原理的标准疲劳车辆载荷的模拟 48
4.1.1.2 基于Monte-Carlo随机仿真的交通载荷谱模拟 50
4.1.2 铁路载荷模拟方法 50
4.1.3 环境变温载荷模拟方法 53
4.1.3.1 钢箱梁温度场数值分析方法 53
4.1.3.2 桥梁健康监测系统反映的结构温度分布规律 54
4.2 大跨桥梁在正常运营环境下的结构应力时程分析 55
4.2.1 正常运营环境下基于应变时程监测信息的载荷因素分析 55
4.2.2 卡车荷载所引起的应力时程 63
4.2.2.1 润扬斜拉桥卡车荷载所引起的应力时程 63
4.2.2.2 青马大桥卡车荷载所引起的应力时程 66
4.2.3 基于有限元模拟的列车荷载所引起的应力时程 68
4.2.4 环境温度变化引起的应力时程 73
4.3 大跨桥梁在突发载荷作用下的结构响应分析 76
4.3.1 撞击事故引起的结构应力时程 76
4.3.2 地震载荷引起的结构应力时程 78
4.4 桥梁钢箱梁疲劳损伤理论概述 80
4.5 服役载荷作用下钢箱梁结构疲劳关键部位的识别方法 82
4.5.1 疲劳关键位置的识别方法 83
4.5.2 服役载荷作用下桥梁疲劳关键部位的确定 83
4.6 服役载荷作用下钢箱梁疲劳损伤累积分析 85
4.6.1 正常运营环境下桥梁疲劳损伤累积 86
4.6.1.1 基于监测系统应变数据的润扬大桥损伤累积 86
4.6.1.2 基于有限元模拟的青马大桥损伤累积 88
4.6.2 突发性事故对疲劳损伤累积过程的影响 93
第5章 大跨缆索桥钢箱梁结构疲劳易损构件的损伤状态分析 98
5.1 疲劳裂纹扩展理论 98
5.2 润扬斜拉桥索梁锚固区的疲劳裂纹状态分析 99
5.2.1 典型疲劳交通载荷谱的确定 101
5.2.2 疲劳应力分析 102
5.2.3 基于S-N曲线法的索梁锚固区疲劳状态评估 104
5.2.4 润扬斜拉桥索梁锚固区的疲劳裂纹扩展分析与寿命评估 105
5.2.4.1 标准疲劳等效荷载的确定 106
5.2.4.2 疲劳裂纹尖端应力状态分析 108
5.3 索梁锚固区疲劳裂纹扩展状态评估 111
第6章 钢箱梁疲劳易损构件损伤时变状态更新及其可靠度评估 113
6.1 钢箱梁桥面板人工检测信息及无损探测信息的分类描述 113
6.2 裂纹信息的量化模型 115
6.2.1 人工无损检测中的疲劳裂纹出现的概率特性 115
6.2.2 基于贝叶斯定理的疲劳裂纹失效概率更新模型 115
6.2.3 基于Paris方程的裂纹扩展模型 117
6.3 斜拉桥疲劳易损构件可靠度分析 118
6.3.1 斜拉桥钢箱梁多尺度模型中的子模型 118
6.3.2 表面缺陷对疲劳构件的影响 119
6.3.3 基于检测信息的斜拉桥钢箱梁疲劳裂纹失效的可靠度更新 122
6.4 考虑服役载荷变化的钢箱梁疲劳损伤时变状态更新 125
6.4.1 正常运营环境下的钢箱梁时变状态更新 125
6.4.2 考虑突发性因素的钢箱梁时变状态更新 127
参考文献 131