[发明专利]悬索桥吊索疲劳寿命的计算方法及装置

说明书

本发明实施例提供一种悬索桥吊索疲劳寿命的计算方法及装置，其中方法包括采集预设天数的悬索桥的车辆荷载数据，以重构悬索桥每天的车辆荷载流；建立悬索桥的三维空间有限元模型，基于三维空间有限元模型计算恒载作用下的吊索内力，并获取吊索内力的连续影响面；将重构得到的每天车辆荷载流加载到吊索内力的连续影响面，获得吊索每天由车辆荷载产生的内力时程曲线；根据所述内力时程曲线和恒载作用下的内力获得吊索每天的疲劳损伤，根据所述预设天数内的吊索每天的疲劳损伤确定疲劳寿命。本发明实施例避免了由于短期车辆荷载数据的随机性所带来的计算偏差。

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，更具体地，涉及悬索桥吊索疲劳寿命的计算方法及装置。

背景技术

吊索是悬索桥的关键受力构件，吊索的受力状态直接关系到了悬索桥的整体安全状态与使用性能。然而，由于道路重载车辆数量不断增加，桥梁结构所承受的车辆荷载水平也不断提高，从而使得桥梁结构的疲劳问题日益突出。国内外实桥检测结果表明，即便远未达到设计使用寿命，某些悬索桥吊索就发生了钢丝疲劳断裂的现象，因此，亟待一种科学合理的悬索桥吊索疲劳寿命计算分析方法，为大跨度悬索桥的运营期管理维护提供依据。

吊索在车辆荷载作用下的应力时程是对其进行疲劳寿命计算的基础，然而，尚未有可靠有效的方法来获取运营状态下吊索的应力时程。一方面，现有传感技术尚难以实现对吊索内力的长期连续实时监测，另一方面，已有计算方法大多是采用规范中的车辆荷载来计算悬索桥吊索的内力，这与运营期悬索桥所承受的车辆荷载必然存在较大差异，计算误差较大。

目前，我国的大跨度悬索桥大多安装了结构健康监测系统，这些系统中常常也安装了动态称重系统，动态称重系统可以准确监测悬索桥桥址位置处的车辆荷载数据，这些数据真实记录了悬索桥所处的车辆荷载状况，可为准确计算悬索桥吊索的疲劳寿命提供依据。然而，目前，国内外尚未利用动态称重系统获得的数据来进行悬索桥吊索疲劳寿命计算。

发明内容

本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的悬索桥吊索疲劳寿命的计算方法及装置。

第一个方面，本发明实施例提供一种悬索桥吊索疲劳寿命的计算方法，包括：

采集预设天数的悬索桥的车辆荷载数据，以重构悬索桥每天的车辆荷载流；

建立悬索桥的三维空间有限元模型，基于所述三维空间有限元模型计算恒载作用下的吊索内力，并获取吊索内力的连续影响面；

将重构得到的每天车辆荷载流加载到吊索内力的连续影响面，获得吊索每天由车辆荷载产生的内力时程曲线；

根据所述内力时程曲线以及恒载作用下的内力获得吊索每天的疲劳损伤，根据所述预设天数内的吊索每天的疲劳损伤确定疲劳寿命。

优选地，所述根据所述内力时程曲线以及恒载作用下的内力获得吊索每天的疲劳损伤，具体为：

根据吊索每天的内力时程曲线和恒载作用下的内力获得每天的应力时程曲线，从每天的应力时程曲线中提取出若干个应力循环；

根据所有应力循环的循环次数、应力范围以及平均应力，计算吊索每天的疲劳损伤；

优选地，所述根据所有应力循环的循环次数、应力范围以及平均应力，计算吊索每天的疲劳损伤，具体为：

对于任意一个应力循环，根据所述应力循环的平均应力以及吊索所用钢丝的极限抗拉强度，对所述应力循环的应力范围进行修正，得到修正后的应力范围；

根据吊索钢丝疲劳强度曲线，获得修正后的应力范围对应的吊索钢丝的疲劳寿命循环次数；

根据所有应力循环的循环次数和相应的疲劳寿命循环次数，获得吊索每天的疲劳损伤。

优选地，所述根据所述预设天数内的吊索每天的疲劳损伤确定疲劳寿命，具体为：