考虑风和交通车辆联合作用的大跨度斜拉桥拉索疲劳可靠性分析

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斜拉索在风和交通荷载作用下极易发生振动,拉索疲劳问题成为人们日益关注的焦点,对其进行疲劳寿命和可靠度评估具有重要的意义。本文以沪苏通公铁两用长江大桥为工程背景,对风和交通车辆联合作用下斜拉索的疲劳损伤进行了数值计算,并评估其疲劳寿命。主要研究内容如下:(1)介绍了斜拉索的风致疲劳、车致疲劳以及风车共同作用导致疲劳问题的国内外研究现状,明确本文的研究意义、研究思路及主要研究内容。(2)建立了随机风荷载模型和疲劳损伤分析模型,对ANSYS软件进行二次开发,模拟了不同风参数下拉索的应力情况和疲劳损伤,并基于风速风向联合分布概型对拉索的全年疲劳损伤进行了分析。(3)基于当地交通量统计资料,对汽车车型、车重、车速、车流量、车间距等随机参数进行了模拟,从而建立了随机车流模型。通过计算确定了全桥最不利拉索的位置,对其进行了不同车辆参数下的疲劳损伤计算分析。(4)建立了移动列车车辆荷载模型,对斜拉索在不同车速、轴重、编组形式以及多线行驶情况下的应力分布及疲劳损伤进行了计算分析,基于全年列车通行量统计分析了拉索的全年疲劳损伤。(5)建立了斜拉索的疲劳可靠度分析模型,分析了随机风载和车载共同作用下拉索的疲劳可靠度,并对其疲劳寿命进行了评估。结果表明:1)随机风荷载作用下,拉索的应力幅值随风攻角和风速的增大而增大,正攻角作用下的应力幅值较为不利;最不利拉索位置随风攻角的变化而变化,攻角在-6°~+6°范围内,最不利位置在中跨短索,而超出该攻角范围时则转移至中跨长索。2)随机车流作用下,拉索的应力幅值随拉索长度增大呈减小趋势,随车流量增长呈增大趋势。3)在多线列车作用下,随着桥上车辆数目的增加,拉索的应力幅值呈增大趋势,对比单列车通过的情况,桥上同时有四列车时,拉索的应力幅值平均增大了108.8%。4)中跨短索在风与随机车流共同作用下,10年内疲劳可靠度约为3.9,而在风、随机车流、移动列车共同作用下仅为3.54。
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