文献荐读｜平行钢绞线拉索剩余承载力计算和疲劳寿命评估

点击蓝字 关注我们桥连四海 资源共享 信息互通 联袂超越今日给大家分享一篇论文——《张洪,李明阳,王良辉,等. 平行钢绞线拉索剩余承载力计算和疲劳寿命评估[J]. 公路交通科技,2024,41(12):116-127. 》。该文以某西南地区服役了 20 多年的斜拉索为试验对象, 通过拉索力学性能试验和有限元模拟, 建立了腐蚀-疲劳耦合作用下的拉索剩余承载力和疲劳寿命评估方法。 首先, 通过高倍率显微镜获取全方位的钢绞线腐蚀图像, 依据规范要求将拉索内钢绞线划分了腐蚀等级, 进行了钢绞线拉伸破断和拉伸疲劳试验, 统计了钢绞线的极限抗拉强度和疲劳寿命数据, 拟合了该拉索钢绞线材料的 S-N 曲线。然后, 针对车型、车重和车间距 3 个车流参数的随机特征, 建立了随机车流模型模拟索力时程变化, 并基于实际监测的索力数据对模拟数据进行了多参数对比分析。 最后, 引入减少引子 K, 评估了拉索的整体承载力, 采用雨流计数法对模拟的索力数据进行处理, 结合损伤累计理论计算出了拉索的剩余疲劳寿命。 结果表明: 拉索中的钢绞线极限抗拉强度均未满足规范要求, 最大极限抗拉强度仅为1852.186 MPa, 计算得出拉索整体极限抗拉强度降低了4%。 模拟索力与实际索力的极值、均值、95%分位值误差不到 5%, 平均绝对百分比误差为 5.3875%, 小于10%, 证明随机车流模型具有较好的可靠性。拉索钢绞线材料的S-N 曲线的拟合优度为 0.994, 对预测该拉索疲劳寿命具有较强的准确性, 最后计算得出拉索的疲劳寿命约为4.6 a。本研究综合评估了拉索的剩余承载力和疲劳寿命, 旨在从承载力和疲劳寿命两个角度把握拉索整体的损伤状态。1. 拉索整体剩余承载力评估在计算拉索的极限承载力时, 采用平行纤维束的假设 (即不考虑钢绞线间的相互作用, 将截面应力简化为均匀分布)。 由多个钢绞线的极限抗拉强度来推导拉索整体的极限承载力, 该方法理论的简化模型如图 12 所示。 图中FW表示一根钢绞线的极限承载力, Fc 为拉索整体的拉力。研究引入减少因子 K, K 是关于变化系数 (标准差/平均值) 的函数。 通过拉伸试验, 计算获得了 A 组钢绞线的极限承载力平均值μsA 和抗拉强度标准差 σsA。σs 为除去开裂钢绞线外组合钢绞线的样本抗拉强标准差, 若发现存在断裂的钢绞线, 则减去钢绞线开裂外的样本的抗拉强度均值 μs。考虑到断丝率的影响, 引入拉索内未破损以及 未 开 裂 钢 绞 线 的 比 例 pu。根 据 美 国 标 准Guidelines for Inspection and Strength Evaluation of Suspension Bridge Parallel Wire Cables 给出的K值图标数据, 基于 μs 和 σs 确定K值。 拉索整体承载力的计算需要乘以 K 进行折减, 因此拉索整体承载力如式 (6) 所示: R = (Neff - N4)· aw· μs· K (6)式中, R 为评估出的拉索整体极限承载力强度; aw为实验室分析中每根钢绞线的公称截面积; N4 为拉索截面中断丝的数量; Neff 为评估工作段内未破损钢绞线的有效数目。计算 DX8#索极限承载力强度如式( 7) ~ (11)所示:原始 DX8#索的所有钢绞线强度均值按规范设为1860 MPa, 则原始拉索强度约为： R原始 = (Neff - N4)· aw· μs = 7 551. 6 kN。 (12)该索的极限承载力降低了: （R原始 - R）/R≈ 4. 0%。 (13)结果表明: 由计算所得 DX8#索整体的极限抗拉强度下降了 4. 0%。 尽管拉索承载力下降程度较小,但考虑腐蚀环境和疲劳荷载的作用, 该索钢绞线易发生疲劳断裂, 进而容易造成拉索脆断。 2. 拉索疲劳寿命预测分析详细请阅读下文图片或前往知网下载。以上就是本期的全部内容了，感谢大家的支持！如果你喜欢这个内容，别忘了点赞、转发和评论支持我们！你的支持是我们持续更新的动力源泉！END往期回顾文献荐读 | 既有桥梁斜拉索检测评估及修复《JT/T 1375.2-2025 公路水运工程施工安全风险评估指南 第2部分：桥梁工程》《智能建造技术导则（试行）》住房城乡建设部《省级公路长大桥梁结构健康监测平台建设技术指南》交通运输部公路局《桥梁暨市政工程施工常用计算实例》董祥图等规范合集 | 现行公路工程行业标准合集（2025版）2025年全国各省交通投资新版图：谁在领跑，谁在转型？小生共读 | 美国阳光高架桥健康监测系统及数据驱动分析检测入门指南 |《公路桥梁技术状况评定标准》宣贯会议报告（下篇）（可下载学习）检测入门指南 |《公路桥梁技术状况评定标准》宣贯会议报告（上篇）（可下载学习）标准宣贯：公路桥梁技术状况评定标准桥梁总体技术状况评定示例浅谈DeepSeek在桥梁检测中的多维应用加入群聊 | 桥梁人的交流阵地，等你加入！微信改了推送机制 ，记得把我设置为【星标】哦，不然很难看到小生每次推送哦o(╥﹏╥)o