[发明专利]钢箱梁桥顶板-纵肋焊接细节的剩余使用寿命预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢箱梁桥顶板-纵肋焊接细节疲劳开裂后的剩余使用寿命预测方法，主要应用于钢箱梁桥疲劳损伤检测领域。

背景技术

钢箱梁桥的钢桥面板既作为桥面系直接承受交通荷载，又参与构成横梁甚至是纵梁的上翼缘，成为主梁的一部分，其结构受力复杂，导致钢桥面板的焊接细节特别是顶板-纵肋焊接细节较易发生疲劳开裂。例如我国虎门大桥，通车5年后就发现部分顶板-纵肋焊接细节出现疲劳裂纹。对已出现疲劳裂纹的钢箱梁桥顶板-纵肋焊接细节，如何准确预测其剩余使用寿命是当前桥梁工程领域的热点之一。

传统的焊接细节疲劳损伤评估可以采用超声波等无损检测技术，该技术可以获取焊接细节疲劳裂纹的扩展深度，但是无法获取实际车辆作用下焊接细节的疲劳荷载效应，难以对焊接细节疲劳裂纹的扩展速度及其剩余使用寿命给出准确预测。近年来，随着结构健康监测研究的兴起，利用应变传感器直接获取焊接细节的疲劳应力进而根据疲劳S-N曲线预测其疲劳寿命成为一种重要的疲劳损伤评估方法。但是该方法无法考虑焊接细节实际疲劳裂纹的开展，其预测的焊接细节疲劳寿命是焊接细节从裂纹萌生到开展直至断裂的全寿命，不是疲劳裂纹发生后的剩余使用寿命。此外，在实际钢箱梁桥中，顶板-纵肋焊接细节数量众多，不可能对所有的顶板-纵肋焊接细节都安装应变传感器。因此，有必要发挥无损检测技术和健康监测技术各自的优点来满足运营状态下钢箱梁桥顶板-纵肋焊接细节疲劳评估的需要，提供一种方法准确评估顶板-纵肋焊接细节疲劳开裂后的剩余使用寿命。

本发明综合应用无损检测技术、健康监测技术和线弹性断裂力学理论提出了一种运营状态下钢箱梁桥顶板-纵肋焊接细节的剩余使用寿命预测方法，为钢箱梁桥焊接细节的疲劳评估和维护提供了合理的依据，具有广泛的应用前景。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种钢箱梁桥顶板-纵肋焊接细节疲劳开裂后的剩余使用寿命预测方法，重点解决如何将无损检测技术、健康监测技术和线弹性断裂力学理论联合应用于顶板-纵肋焊接细节的疲劳损伤分析，从而准确评估实际运营状态下顶板-纵肋焊接细节疲劳开裂后的剩余使用寿命。

技术方案：为实现以上的技术目的，本发明提供的钢箱梁桥顶板-纵肋焊接细节疲劳开裂后的剩余使用寿命预测方法为：

(1)通过超声波无损检测技术对钢箱梁桥顶板-纵肋焊接细节进行疲劳裂纹检测，确定发生疲劳开裂的焊接细节位置，并测量疲劳裂纹在顶板中的扩展深度a；

(2)对发生疲劳开裂的焊接细节处的顶板安装应变传感器，获取一个月t(t＝30)天的横桥向应变数据；

(3)以1天为计算区间，采用雨流计数法(一种广泛应用的疲劳应力数据分析方法)对每天的焊接细节应变数据计算日等效应力幅S和日应力循环次数N，得到t个样本数据，进而计算日等效应力幅S和日应力循环次数N的均值S_eq和N_d：

Seq=ΣSt,]]>Nd=ΣNt]]>

(4)根据线弹性断裂力学理论计算焊接细节的疲劳断裂抗力R：