大跨橋樑疲勞性能衰退的多尺度分析與壽命預測

《大跨橋樑疲勞性能衰退的多尺度分析與壽命預測》是依託東南大學，由王瑩擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：大跨橋樑疲勞性能衰退的多尺度分析與壽命預測
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王瑩
• 依託單位：東南大學

中文摘要

目前橋樑疲勞壽命預測尚無法考慮橋樑服役期內由於材料性能劣化、局部損傷累積以及交通流量增加等重要因素所導致的疲勞性能衰退。本課題擬結合橋樑結構健康監測系統，建立以疲勞損傷累積過程分析為目標的橋樑結構多尺度有限元模型，模擬和分析橋樑結構疲勞損傷累積和抗力衰減的過程，並在結構疲勞性能衰退分析基礎上預測疲勞壽命。主要研究內容有：建立一個兼顧結構整體尺度、局部構件尺度和局部細節尺度的橋樑結構有限元模型，以實現在同一模型上同時提取結構整體回響、焊接細節處局部損傷累積信息；基於橋樑監測信息和人工檢測、無損探傷等手段獲得的橋樑結構鏽蝕、裂紋、損傷狀態修改和修正模型；探索典型橋樑焊接構件和錨固件在不同鋼結構局部鏽蝕程度上，其疲勞強度衰退模型；創建基於疲勞性能衰退過程分析進行橋樑結構關鍵焊接構件、纜索錨固區和鋼箱梁體系的疲勞壽命預測與時變可靠性評估方法，為大跨橋樑疲勞損傷的及早偵測和準確的壽命評估提供依據。

結題摘要

本課題面向目前橋樑結構疲勞壽命預測領域尚無法考慮橋樑服役期內由於材料性能劣化、局部損傷累積、交通流量增加等重要因素所導致的疲勞性能衰退的問題，研究了涉及結構疲勞性能衰退的結構多尺度的建模策略、模型修正和驗證技術、結構最不利部位的疲勞損傷檢測技術、以及橋樑關鍵構件疲勞狀態評定、壽命預測與可靠性評估等關鍵問題。一方面，結合大跨橋樑結構健康監測系統，基於實時監測信息和時間多尺度分析與信息集成、分離與提取技術,研究了結構疲勞狀態反演(反分析)的疲勞狀態識別方法，對當前結構回響指紋信息進行提取並完成了程式實現。另一方面，突破了單一的反分析的診斷方法，建立了以疲勞損傷累積和劣化過程分析為目標的橋樑結構一致多尺度有限元模型，探討了多尺度模型的修正和驗證技術，基於該模型模擬和分析了橋樑結構疲勞損傷累積和抗力衰減的過程，並在結構疲勞性能衰退分析基礎上預測結構疲勞壽命並進行了疲勞可靠度的更新。主要研究內容有：建立了一個兼顧結構整體尺度、局部構件尺度和局部細節尺度的橋樑結構有限元模型，實現了在同一模型上同時提取結構整體回響、焊接細節處局部損傷累積信息；研究了基於橋樑竣工試驗的測試信息和健康監測信息的模型修正和模型驗證技術，為結構狀態評估和失效仿真分析提供了準確的基準模型；進一步深化多尺度有限元模型，針對疲勞裂紋萌生和疲勞裂紋擴展兩個不同階段，建立了面向結構疲勞性能衰退分析和疲勞狀態評估為目標的多尺度模型；基於橋樑監測信息和人工檢測、無損探傷等手段獲得的橋樑結構鏽蝕、裂紋、損傷狀態修改和修正模型; 深入研究了環境參數變化和隨機性因素對結構疲勞狀態特徵指標的影響，確保在變化的環境參數下能夠準確識別結構的疲勞狀態；創建了基於疲勞性能衰退過程分析進行橋樑結構關鍵焊接構件、纜索錨固區和鋼箱梁體系的疲勞壽命預測與時變可靠性評估方法。最後，編制了與橋樑結構健康監測系統相配套的疲勞壽命和疲勞可靠性可視化的程式，以期與現有的疲勞狀態識別和壽命預測的軟體相集成，為大跨橋樑疲勞損傷的及早偵測和準確的壽命評估提供依據。藉助本項目的資助，完成論文7篇，其中SCI收錄4篇，EI收錄3篇，完成專著1部，參與的項目“長大跨橋樑結構狀態評估關鍵技術與套用”，分別獲得2012年度江蘇省科技進步一等獎，和2013年度國家科技進步二等獎。已經受理的發明專利4項。