一种桥梁缆索腐蚀-磨损耦合疲劳寿命可靠性分析方法

技术特征：
1.一种桥梁缆索腐蚀-磨损耦合疲劳寿命可靠性分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：第一步：根据随机荷载/环境场的概率分布模型采用抽样方法生成作用样本及参数样本，并建立包含缆索的桥梁结构三维有限元整桥模型；其中，参数样本包括速率公式参数、裂纹初始长度、临界裂纹长度、临界失效面积、日均车辆作用数以及缆索钢丝数量；所述作用样本包括轴重、轴数、车型、车辆车道分布以及温度、风荷载作用；第二步：将步骤一中所述作用样本进行组合，并将组合后的多组作用输入所述整桥模型，每一组作用样本进行一次瞬态动力学有限元分析，获得缆索易损部位应力时程；第三步：根据步骤二得到的所述缆索易损部位应力时程计算出缆索易损部位的应力幅，以及根据所述步骤一中速率公式参数，计算疲劳、腐蚀、磨损各因素下易损伤部位的裂纹深度发展速率；第四步：根据所述步骤三得到的裂纹深度发展速率，确定当前计算步的裂纹扩展主导因素，并由所述裂纹扩展主导因素计算当前计算步的裂纹长度增量，累加初始裂纹长度得到裂纹长度，直至裂纹长度大于等于临界裂纹长度；否则计算步增加，返回所述步骤三；第五步：将所述步骤四中当前计算步裂纹长度增量和裂纹长度带入半圆形裂纹扩展模型，计算缆索裂纹扩展失效面积增量，并根据临界失效面积计算时变可靠度；第六步：令时变可靠度等于零，得到计算步总数，计算步总数除以日均车辆作用数即可得到耦合疲劳寿命。2.根据权利要求1所述的一种桥梁缆索腐蚀-磨损耦合疲劳寿命可靠性分析方法，其特征在于，所述步骤三中，计算裂纹深度发展速率采用上一计算步的裂纹长度，第一计算步采用初始裂纹长度。3.根据权利要求1所述的一种桥梁缆索腐蚀-磨损耦合疲劳寿命可靠性分析方法，其特征在于，所述步骤五中，采用半圆形裂纹扩展模型，缆索失效面积为缆索内钢丝失效面积之和，缆索内钢丝失效面积之和根据如下公式计算：其中，a为裂纹深度，h为钢丝直径，x为裂纹深度变量，a
c
为临界裂纹深度，n0是缆索钢丝数量。4.根据权利要求1、2或3中任一所述桥梁缆索腐蚀-磨损耦合疲劳寿命可靠性分析方法，其特征在于，所述步骤六中，缆索腐蚀-磨损耦合疲劳寿命根据如下公式计算：其中，n
ave
为日均车辆作用数，a
c
为缆索临界失效面积，β
s
(t)为时变可靠度，σ为标准差，μ为均值，f-1
()为反函数。
5.根据权利要求1所述的一种桥梁缆索腐蚀-磨损耦合疲劳寿命可靠性分析方法，其特征在于，所述步骤一中，抽样方法包括拉丁超立方抽样、重要性抽样以及蒙特卡洛抽样等方法。6.根据权利要求1所述的一种桥梁缆索腐蚀-磨损耦合疲劳寿命可靠性分析方法，其特征在于，所述步骤一中，速率公式参数包括腐蚀、磨损以及疲劳裂纹速率公式参数。

技术总结
本发明公开了一种桥梁缆索腐蚀-磨损耦合疲劳寿命可靠性分析方法，针对复杂荷载-环境下桥梁缆索疲劳损伤多因素影响、多过程耦合特点，首先通过有限元建立包含缆索的整桥有限元模型，根据车辆、腐蚀、磨损随机荷载/环境场的概率分布模型抽样生成各种作用及参数，基于瞬态动力学计算获得缆索易损部位应力时程；然后根据应力幅及参数计算疲劳、腐蚀、磨损各因素下易损伤部位的裂纹深度发展速率；接着根据裂纹深度发展速率确定当前计算步裂纹扩展主导因素、计算裂纹长度增量和累加得到裂纹长度；再根据半圆形裂纹扩展模型计算缆索裂纹扩展失效面积增量和时变可靠度；最终实现桥梁缆索腐蚀-磨损耦合疲劳分析和寿命评估，为维护更换提供数据支撑。换提供数据支撑。换提供数据支撑。


技术研发人员：刘中祥 郭彤 张贝贝 顾成军 熊文 时雪纪
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2022.08.23
技术公布日：2022/12/5