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服役环境下拉索破损安全可靠度评估方法研究
| 论文题名： | 服役环境下拉索破损安全可靠度评估方法研究 |
| 关键词： | 斜拉桥;拉索结构;锈蚀损伤;疲劳损伤;可靠度评估 |
| 摘要： | 斜拉桥的服役环境复杂，长期承受交变荷载（营运荷载及风荷载等）并暴露于自然环境中，特别是在重酸雨区、大气严重污染区、水污染严重区、海洋性气候紫外线辐射强区域等腐蚀环境中，极易遭受环境腐蚀。拉索结构长期在出现破损的情况下继续运营，导致索体内钢丝或钢绞线锈蚀、断裂等病害，使其过早的失去使用功能，不得不进行更换。因此对破损后的拉索进行安全可靠度评估尤为重要。本文依托国家自然科学基金项目《交变荷载与侵蚀环境耦合作用下斜拉索腐蚀疲劳损伤机理与寿命预测模型研究》(No.51478071)及重庆市基础与前沿研究计划重点项目《服役环境条件下拉索腐蚀疲劳损伤机理及破损安全可靠度评估方法研究》(No.cstc2015jcyjBX0022)开展服役环境下拉索破损安全可靠度评估方法研究。主要研究工作与结论如下: (1)研究了交变应力与盐雾环境耦合作用下钢丝锈蚀损伤演化机理。开展了两批次4根×5组镀锌钢丝在24小时、120小时、240小时、480小时、840小时盐雾环境与交变荷载耦合作用下的人工加速试验，对腐蚀钢丝进行失重测量，然后进行单向拉伸试验测试强度、伸长量等力学性能参数，结果表明：镀锌高强钢丝的抗拉强度、断后伸长率随试验时间的增加呈现衰退的趋势，且与失重量的多少呈正相关;得到了不同腐蚀等级的高强钢丝的抗力降低系数;结论:镀锌平行钢丝的腐蚀疲劳是一个腐蚀因子由破损处进入腐蚀造成钢丝表面蚀坑，导致应力集中，裂纹不断萌生、发展，循环应力促进腐蚀的发展的过程。 (2)基于应力强度因子准则，分析了在交变应力与盐雾环境耦合作用下单根镀锌平行钢丝疲劳裂纹扩展规律，建立了单根镀锌平行钢丝抗力退化数学模型。 (3)以菲克定律为基础，研究了腐蚀因子在破损拉索内某截面镀锌平行钢丝间的传播规律，发现疲劳腐蚀速率与腐蚀因子浓度呈正相关，建立了基于腐蚀速率的镀锌平行钢丝拉索的腐蚀量的数学模型。 (4)根据线弹性断裂力学原理，结合镀锌平行钢丝拉索的腐蚀量的数学模型，推导出任意镀锌平行钢丝在某时刻的极限应力σc及镀锌平行钢丝拉索的在某时刻的极限应力σc总。 (5)建立了具有时效性的拉索破损安全可靠度评估模型。利用桥梁定期检查结果对荷载作用随机过程中变异系数进行了修正;根据拉索的损伤状态程度对拉索破损进行了分级;采用不同破损等级拉索的抗力降低系数及丹尼尔系数修正了临界可靠度指标β;依托工程实例对服役环境中拉索破损安全可靠度及服役环境中桥梁破损安全可靠度进行了评估。 |
| 作者： | 代乾冰克 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 姚国文 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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