考慮環境變溫作用的大跨橋梁疲勞損傷分析

王瑩 李兆霞 繆海萍

摘要：基于橋梁健康監測系統記錄的溫度時程數據，研究鋼箱梁頂板、底板的溫度變化特征和規律，利用間接耦合法將熱分析的溫度數據作為體荷載施加于結構多尺度有限元模型，獲得了環境變溫引起的結構應力，實現了從熱分析到結構應力的分析，然后，利用健康監測系統記錄的應變時程數據，考察車輛荷載和環境變溫所引起的應變特征的差異，提取和分離出由環境變溫和車輛荷載引起的應變時程，并與模擬得到的應力時程加以對比和相互驗證，在此基礎上利用連續介質損傷力學理論分析車輛荷載單獨作用以及車輛和環境變溫交互作用所引起的橋梁累積損傷.結果表明：提出的損傷分析流程可實現橋梁關鍵部位在考慮環境變溫和車輛荷載兩種因素作用下的損傷分析.環境變溫單獨作用所引起的疲勞損傷很小，基本可以忽略，但兩者交互作用所引起的結構疲勞損傷相對于車輛單獨作用下的損傷有顯著差異.在服役初期環境變溫的作用并不顯著，隨著疲勞損傷的不斷增加，這種交互作用對結構疲勞損傷累積的影響會愈發明顯，即環境溫度變化引起的荷載會加速結構服役中后期疲勞損傷的累積速率，進而對結構疲勞壽命產生顯著影響。

關鍵詞：大跨橋梁；環境變溫；疲勞損傷；應力時程效應；有限元分析