亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        列車(chē)荷載作用下平行鋼絲拉索疲勞壽命評(píng)估

        2022-04-07 03:51:52晏鋮韓曉強(qiáng)徐偉杰楊彥海魏強(qiáng)柳成蔭
        鐵道建筑 2022年3期
        關(guān)鍵詞:索力斜拉橋拉索

        晏鋮 韓曉強(qiáng) 徐偉杰 楊彥海 魏強(qiáng) 柳成蔭

        1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)深圳市土木工程智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東深圳 518055;2.中國(guó)鐵路建設(shè)管理有限公司,北京 100038

        斜拉索作為斜拉橋主要的受力構(gòu)件,具有剛度小、阻尼小、質(zhì)量輕、應(yīng)力大的特點(diǎn),其疲勞問(wèn)題一直是斜拉索損壞和失效的主要問(wèn)題[1]。與平行鋼絞線拉索相比,平行鋼絲拉索具有工廠制造標(biāo)準(zhǔn)化程度高、張拉工序簡(jiǎn)單易控制、成品質(zhì)量好、索力值易于測(cè)量、成品索直徑小等優(yōu)點(diǎn)[2],在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用,如蘇通大橋、日本多多羅大橋、香港昂船洲大橋等[3]。

        拉索內(nèi)鋼絲和拉索的疲勞壽命分析多基于疲勞試驗(yàn),通過(guò)應(yīng)力幅和在此應(yīng)力幅作用下的疲勞循環(huán)次數(shù)確定其疲勞壽命的應(yīng)力-壽命(S-N)曲線。由于拉索的疲勞試驗(yàn)對(duì)測(cè)試設(shè)備要求較高且工作量巨大,我國(guó)暫無(wú)系統(tǒng)、完善的拉索疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù),尚沒(méi)有很好總結(jié)出拉索疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式,這給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)較大的困擾。我國(guó)斜拉索的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)按照J(rèn)T∕T 775—2016《大跨度斜拉橋平行鋼絲拉索》[4]規(guī)定應(yīng)力上限為0.45 倍的公稱(chēng)破斷力,應(yīng)力幅值200 ~250 MPa,循環(huán)次數(shù)為200萬(wàn)次。此種設(shè)計(jì)方法基于無(wú)限壽命設(shè)計(jì)原理,過(guò)于保守且不能準(zhǔn)確計(jì)算出循環(huán)荷載作用下拉索的剩余壽命。

        本文利用斜拉索內(nèi)平行鋼絲的疲勞壽命評(píng)估模型,基于Miner 線性疲勞累積損傷準(zhǔn)則推導(dǎo)了拉索疲勞壽命模型。以一座現(xiàn)役大跨度斜拉橋?yàn)楣こ瘫尘?,?duì)大橋普通拉索和加強(qiáng)拉索分別進(jìn)行了疲勞壽命分析,并通過(guò)數(shù)值模擬,有效評(píng)估了考慮列車(chē)荷載作用下的拉索疲勞壽命,可為同類(lèi)型斜拉索設(shè)計(jì)提供參考。

        1 平行鋼絲拉索壽命評(píng)估模型

        在指定應(yīng)力幅ΔS作用下,斜拉索內(nèi)平行鋼絲的疲勞壽命服從多參數(shù)Weibull分布[5-8],分布函數(shù)為

        式中:N為應(yīng)力幅ΔS作用下對(duì)應(yīng)的鋼絲疲勞壽命;β為Weibull 分布的形狀參數(shù),與應(yīng)力幅ΔS無(wú)關(guān);K為鋼絲特征壽命參數(shù);S0、B為材料常數(shù)。

        多參數(shù)Weibull 分布函數(shù)對(duì)應(yīng)的概率密度函數(shù)f(N,ΔS)為

        由式(3)可知中間變量V服從特征壽命參數(shù)K、形狀參數(shù)β的兩參數(shù)Weibull分布。

        由式(1)可知,在指定應(yīng)力幅ΔS作用下,鋼絲疲勞壽命N為隨機(jī)變量。在斜拉索內(nèi)某一鋼絲斷裂后將不再繼續(xù)承擔(dān)荷載,拉索的總荷載將由其他未斷裂的鋼絲承擔(dān),拉索內(nèi)鋼絲將進(jìn)行應(yīng)力重分布。在斜拉索內(nèi)斷裂i根鋼絲后,其他未斷鋼絲的應(yīng)力幅ΔSi為

        式中:m為斜拉索內(nèi)平行鋼絲總數(shù)。

        由式(4)可知,隨著疲勞循環(huán)次數(shù)增加,拉索內(nèi)鋼絲斷裂的根數(shù)增加,未斷裂鋼絲的疲勞應(yīng)力幅不斷增加,使得拉索內(nèi)鋼絲斷裂的速度和斜拉索疲勞破壞的速度加快。

        假定在初始應(yīng)力幅ΔS作用下,斜拉索內(nèi)m根鋼絲疲勞壽命按照升序排列分別為Ni,基于Miner線性疲勞累積損傷準(zhǔn)則,斜拉索內(nèi)鋼絲的疲勞損傷指數(shù)為

        式中:Mi為斜拉索內(nèi)第i根鋼絲的Miner疲勞累計(jì)損傷指數(shù);Nr為鋼絲在ΔS作用下的疲勞壽命均值。

        由Miner 線性疲勞累積損傷準(zhǔn)則可知,隨著應(yīng)力幅循環(huán)次數(shù)增加,當(dāng)?shù)? 根鋼絲疲勞損傷指數(shù)等于M1時(shí),第1 根鋼絲疲勞斷裂,拉索內(nèi)其余m- 1 根鋼絲發(fā)生應(yīng)力重分布,應(yīng)力幅值為[m∕(m- 1)]ΔS。隨著疲勞循環(huán)次數(shù)繼續(xù)增加,當(dāng)?shù)? 根鋼絲的疲勞損傷指數(shù)等于M2時(shí),第2根鋼絲經(jīng)歷的疲勞循環(huán)次數(shù)為

        依此類(lèi)推,斜拉索內(nèi)第i根鋼絲疲勞斷裂時(shí)所經(jīng)歷的疲勞循環(huán)次數(shù)為

        式中:i= 2、3、…、m。

        2 斜拉橋拉索實(shí)例分析

        2.1 工程背景

        以京九高速鐵路贛深高速鐵路段某跨度為(136+260+136)m 的雙索面矮塔斜拉橋?yàn)槔樟翰捎霉探Y(jié)體系,橋梁布置見(jiàn)圖1。

        圖1 斜拉橋布置(單位:m)

        主墩采用雙肢薄壁墩,橋塔采用中穿式獨(dú)柱塔,塔高96 m。主梁采用單箱三室預(yù)應(yīng)力變截面梁,主梁寬31.2 m,主墩位置梁高13 m,邊墩位置梁高6 m。全橋共40 對(duì)拉索,索間距為8 m,靠近主塔處有4 對(duì)普通拉索,其他為加強(qiáng)拉索。普通拉索由91 根直徑7 mm的1860 級(jí)平行鋼絲組成,加強(qiáng)拉索由109 根直徑7 mm 的1860 級(jí)平行鋼絲組成。由于橋梁對(duì)稱(chēng)性,本文僅選取單面拉索進(jìn)行分析,從贛州至深圳方向依次編號(hào)為 1#—40#。

        2.2 平行鋼絲試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

        大橋拉索采用國(guó)產(chǎn)1860級(jí)鋼絲,與文獻(xiàn)[9]相同,故對(duì)文獻(xiàn)[9]中的鋼絲疲勞數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,試驗(yàn)測(cè)試了23根6組應(yīng)力幅作用下1860級(jí)鋼絲的疲勞壽命,應(yīng)力幅及疲勞壽命見(jiàn)表1。應(yīng)力下限均為950 MPa,試驗(yàn)工況詳見(jiàn)文獻(xiàn)[9]。采用本文選取的鋼絲疲勞壽命模型對(duì)鋼絲疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并對(duì)鋼絲疲勞壽命模型中的未知參數(shù)進(jìn)行求解。

        表1 1860級(jí)鋼絲疲勞試驗(yàn)結(jié)果

        將試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入式(2),并采用極大似然法對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行估計(jì),可得β= 1.240 7、B= 4.589 3、K=1.946 4×1012、S0=69.370 6。

        中間變量V的weibull 概率密度函數(shù)曲線見(jiàn)圖2,擬合曲線函數(shù)為y= 1.240 7x+ 35.107 6??梢?jiàn),V各數(shù)據(jù)點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)累積概率在Weibull 概率圖呈直線關(guān)系,均勻分布在估計(jì)模型的附近且R2= 1,V服從β=1.240 7、K=1.946 4 × 1012的兩參數(shù)Weibull 分布。因此,本文選取的鋼絲疲勞壽命模型能夠很好地模擬平行鋼絲在各個(gè)應(yīng)力幅下的疲勞壽命。

        圖2 V的weibull概率密度函數(shù)曲線

        2.3 拉索疲勞壽命模型

        通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)求得拉索鋼絲疲勞壽命的概率分布函數(shù)和概率密度函數(shù)后,可基于Monte-Carlo 法求得斜拉索在某一斷絲率下的疲勞壽命模型。由于Monte-Carlo法所得結(jié)果為近似結(jié)果,隨著模擬次數(shù)的增加計(jì)算值越來(lái)越趨向于真實(shí)值,但是計(jì)算量也隨之增大。為保證模擬精度,研究發(fā)現(xiàn)以斷絲率10%作為普通斜拉索疲勞壽命的終止條件和拉索初始應(yīng)力幅ΔS=270 MPa 時(shí),采用2 000次模擬得到的拉索疲勞壽命均值與采用6 000 次模擬得到的拉索疲勞壽命均值變化率為1.2%。因此采用2 000 次Monte Carlo 法模擬能夠滿足精度要求,后續(xù)相關(guān)計(jì)算均采用2 000 次模擬得到的結(jié)果。

        普通拉索和加強(qiáng)拉索在常荷載幅作用下,ΔS分別取195,225,270,315,360,390 MPa,采用Monte-Carlo法模擬斷絲率10%條件下斜拉索的疲勞壽命。普通拉索內(nèi)鋼絲根數(shù)為91 根,取斷絲9 根時(shí)的疲勞循環(huán)次數(shù)作為其斷絲率10%條件下的疲勞壽命;加強(qiáng)拉索內(nèi)鋼絲根數(shù)為109 根,取斷絲11 根時(shí)的疲勞循環(huán)次數(shù)作為其斷絲率10%條件下的疲勞壽命,模擬結(jié)果見(jiàn)表2。可知,隨著初始應(yīng)力增大,該斜拉橋普通拉索和加強(qiáng)拉索的疲勞壽命均值不斷減小。在同一應(yīng)力幅作用下,二者的均值基本相同,加強(qiáng)拉索的疲勞壽命標(biāo)準(zhǔn)差要小于普通拉索。這是由于拉索內(nèi)鋼絲數(shù)的增加使得斜拉索疲勞壽命的變異性減小。

        在斷絲率10%條件下,根據(jù)表2 中6個(gè)應(yīng)力幅作用下普通拉索和加強(qiáng)拉索的疲勞壽命概率分布,采用最小二乘法擬合,可得到普通斜拉索和加強(qiáng)斜拉索中值(P=0.5)S-N曲線和保證率90%(P=0.9)的S-N曲線方程。

        表2 不同應(yīng)力幅下拉索疲勞壽命概率分布及其參數(shù)

        在斷絲率10%條件下,普通拉索和鋼絲中值S-N曲線和概率保證率90%的S-N曲線見(jiàn)圖3??梢?jiàn),普通拉索S-N曲線與鋼絲S-N曲線斜率相同,鋼絲疲勞壽命變異性大于普通拉索。在同一應(yīng)力幅作用下,鋼絲疲勞壽命中值遠(yuǎn)大于斷絲率10%條件下普通拉索疲勞壽命中值。保證率90%的鋼絲疲勞壽命略大于斷絲率10%條件下普通拉索中值。這是由于考慮了鋼絲斷絲后剩余鋼絲應(yīng)力重分布的影響。

        圖3 普通拉索和鋼絲S-N曲線

        3 列車(chē)荷載作用下拉索疲勞壽命評(píng)估

        3.1 有限元模擬

        建立斜拉橋有限元模型,主塔與主梁均采用梁?jiǎn)卧狟eam188 模擬,其中主梁采用脊骨梁模式。斜拉索采用Link10 單元,受力形式為僅受拉。主梁與拉索的連接采用伸出剛臂的方式實(shí)現(xiàn)。

        有限元模型邊界條件見(jiàn)表3。表中,Δx為順橋向位移,Δy為橫橋向位移,Δz為豎向平動(dòng)位移;θx,θy,θz分別為繞縱橋向、橫橋向、豎向轉(zhuǎn)角位移;C表示約束,F(xiàn)表示放松。

        表3 有限元模型邊界條件

        斜拉橋初始索力采用賦予拉索一定初應(yīng)變的方式進(jìn)行調(diào)整,不斷迭代斜拉索初始應(yīng)變使得索力模擬值不斷逼近設(shè)計(jì)值,最終得到索力模擬值。斜拉橋有限元模型索力模擬值和目標(biāo)值對(duì)比見(jiàn)表4??梢?jiàn),索力模擬值和目標(biāo)值誤差均小于0.22%,滿足精度要求。

        表4 斜拉橋有限元模型索力對(duì)比

        3.2 拉索疲勞損傷分析

        3.2.1 拉索影響線及索力歷程

        1)影響線

        在列車(chē)經(jīng)過(guò)橋梁時(shí),需考慮動(dòng)力荷載對(duì)橋梁產(chǎn)生的沖擊,依據(jù)TB 10002—2017《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》[10],沖擊系數(shù)1 +μ為

        式中:Lφ為加載長(zhǎng)度。

        斜拉橋拉索在動(dòng)力荷載作用下的影響線可由靜力荷載作用下的影響線乘以沖擊系數(shù)得到,(1 +μ) =0.89,取1.0。單側(cè)車(chē)道上的偏載采用集中力和集中彎矩進(jìn)行模擬。基于橋梁有限元模型,通過(guò)施加荷載步的方式可得到拉索在兩側(cè)車(chē)道上的影響線。

        根據(jù)上述得到的拉索在兩線高速鐵路車(chē)道上的索力影響線,取其索力變化的最大、最小值,繪制拉索索力變化影響線包絡(luò)圖,見(jiàn)圖4。索力變化是指在單位荷載作用下相對(duì)恒載作用下拉索索力的變化??芍?,最大正向索力變化發(fā)生在19#拉索,值為1.77 ×10-2;最小負(fù)向索力變化發(fā)生在1#拉索,值為7.04 ×10-3;索力變化范圍最大的加強(qiáng)索是1#拉索,值為2.35×10-2;索力變化范圍最大的普通索是14#拉索,值為1.50× 10-2。

        圖4 拉索索力變化影響線包絡(luò)圖

        1#、14#拉索在左、右側(cè)車(chē)道應(yīng)力變化影響線,見(jiàn)圖5。

        圖5 1#、14#拉索索力變化影響線

        由圖5(a)可見(jiàn):1#拉索左側(cè)車(chē)道索力變化影響線最大值為1.64×10-2,右側(cè)車(chē)道為1.62×10-2,均位于距橋梁起點(diǎn)252 m 處;1#拉索左側(cè)車(chē)道索力變化影響線最小值為-7.16× 10-3,右側(cè)車(chē)道為-7.33 × 10-3,均位于距橋梁起點(diǎn)61 m 處。由圖5(b)可見(jiàn):14#拉索左側(cè)車(chē)道索力變化影響線最大值為1.44 × 10-2,右側(cè)車(chē)道為1.40 × 10-2,均位于距橋梁起點(diǎn)236 m 處;左側(cè)車(chē)道索力變化影響線最小值為-2.42 × 10-3,右側(cè)車(chē)道為-2.45× 10-3,均位于距橋梁起點(diǎn)90 m 處。1#、14#拉索左側(cè)車(chē)道與右側(cè)車(chē)道影響線幾乎重合,說(shuō)明車(chē)道位置對(duì)拉索受力影響不大。

        2)索力歷程

        國(guó)內(nèi)高鐵客運(yùn)列車(chē)常用的動(dòng)車(chē)組車(chē)型為CRH3,可采用8節(jié)或16節(jié)編組[11]。本文采用8節(jié)編組進(jìn)行分析,其疲勞車(chē)加載模型見(jiàn)圖6。其中P1為座車(chē)軸重,取140 kN;P2為機(jī)車(chē)軸重,取230 kN。對(duì)于客運(yùn)專(zhuān)線,按照每天 06:00—21:00 通行1 列∕10 min 的情況計(jì)數(shù),單向車(chē)次取 90 次∕d[12],且假設(shè)不會(huì)有兩輛列車(chē)同時(shí)過(guò)橋。

        圖6 高速鐵路加載疲勞車(chē)(單位:m)

        加載疲勞車(chē)速度為200 km∕h,通過(guò)影響線加載模擬車(chē)輛過(guò)橋過(guò)程,得到1#、14#拉索應(yīng)力歷程見(jiàn)圖7。

        圖7 1#、14#拉索應(yīng)力歷程

        由圖7 可見(jiàn),兩條拉索正應(yīng)力變化最大均出現(xiàn)在列車(chē)行駛到跨中的時(shí)刻,均為6.5 s。對(duì)于1#加強(qiáng)索,最大正向應(yīng)力變化為13.60 MPa,發(fā)生在左側(cè)車(chē)道;最小負(fù)向應(yīng)力變化為-3.98 MPa,發(fā)生在列車(chē)剛過(guò)橋的2.4 s時(shí),在右側(cè)車(chē)道。對(duì)于14#普通索,最大正向應(yīng)力變化為13.79 MPa,發(fā)生在左側(cè)車(chē)道;最小負(fù)向應(yīng)力變化為-1.53 MPa,發(fā)生在列車(chē)下橋10.9 s時(shí),在左側(cè)車(chē)道。

        3.2.2 疲勞索力幅與疲勞壽命

        拉索疲勞屬于低應(yīng)力高周期變幅疲勞,運(yùn)用Miner損傷累積法可求得其等效荷載幅

        式中:Δpe為等效荷載幅;Δpi為第i組荷載幅;ni為第i組荷載幅對(duì)應(yīng)循環(huán)次數(shù);m為指數(shù),取3[13]。

        本文采用雨流計(jì)數(shù)法對(duì)拉索索力歷程進(jìn)行處理,得到的單側(cè)車(chē)道應(yīng)力時(shí)程曲線通過(guò)雨流計(jì)數(shù)法可以得到兩個(gè)荷載幅,所以每根拉索可以得到4個(gè)荷載幅,每個(gè)荷載幅的荷載次數(shù)均為90 次∕d。高鐵客運(yùn)專(zhuān)線CRH3-8 每日引起的拉索應(yīng)力幅及頻次見(jiàn)表5,累計(jì)頻次為360次∕d。

        表5 拉索應(yīng)力幅及頻次

        通過(guò)式(13)得到1#加強(qiáng)索等效荷載幅為13.85 MPa,等效荷載頻次為360 次∕d;14#普通索等效荷載幅為12.02 MPa,等效荷載頻次為360次∕d。

        根據(jù)式(9)與式(11),計(jì)算得到在90%保證率下1#加強(qiáng)索疲勞壽命次數(shù)為 4.79 × 1012次;14#普通索的疲勞壽命次數(shù)為 1.08 × 1013次。按 360 次∕d 的荷載頻次,可以得到1年的疲勞次數(shù)為131 400次。由此可知1#加強(qiáng)索的疲勞壽命約為 3.6 × 107年,而 14#普通索疲勞壽命約為8.2 × 107年??梢?jiàn),僅考慮運(yùn)營(yíng)列車(chē)荷載的情況下,由于其作用頻次較低,拉索的疲勞壽命遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值。然而,腐蝕、風(fēng)力等作用也會(huì)使拉索產(chǎn)生較大的疲勞應(yīng)力幅[14-15],這些因素與列車(chē)的耦合作用對(duì)拉索疲勞壽命的影響仍值得深入研究。

        4 結(jié)論

        1)根據(jù)鋼絲疲勞壽命模型,采用Monte-Carlo 法模擬擬合斜拉索內(nèi)鋼絲的疲勞壽命概率分布,并基于Miner 線性疲勞累積損傷準(zhǔn)則可準(zhǔn)確評(píng)估平行鋼絲斜拉索在斷絲條件下的疲勞壽命。

        2)在初始應(yīng)力幅和斷絲率相同的條件下,斜拉索的疲勞壽命服從正態(tài)分布。拉索疲勞壽命的均值與拉索內(nèi)鋼絲數(shù)量無(wú)關(guān),拉索疲勞壽命的標(biāo)準(zhǔn)差隨鋼絲數(shù)量的增加而減小。

        3)僅考慮鐵路荷載作用下,實(shí)例斜拉橋拉索疲勞壽命遠(yuǎn)大于橋梁設(shè)計(jì)壽命。在后續(xù)的研究中需著重考慮列車(chē)、腐蝕、風(fēng)等耦合作用對(duì)拉索疲勞壽命的影響。

        猜你喜歡
        索力斜拉橋拉索
        “拉索”精確測(cè)量最亮伽馬暴
        軍事文摘(2024年4期)2024-03-19 09:40:02
        斜拉橋風(fēng)致振動(dòng)控制及其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
        江蘇索力得新材料集團(tuán)有限公司
        手緩解拉索優(yōu)化設(shè)計(jì)
        矮塔斜拉橋彈塑性地震響應(yīng)分析
        (112+216+112)m部分斜拉橋設(shè)計(jì)
        上地斜拉橋:天上滴落的水珠
        VOF法在斜拉索風(fēng)雨激振數(shù)值模擬中的應(yīng)用
        預(yù)應(yīng)力鋼絞線網(wǎng)加固混凝土橋梁的索力分布試驗(yàn)研究
        采用向量式有限元的斜拉索振動(dòng)控制仿真
        三级黄色片免费久久久 | 国产午夜激无码AV毛片不卡| 国产三级在线观看不卡| 一区二区三区福利在线视频| 漂亮人妻被强中文字幕乱码| 日本精品女优一区二区三区| 玩弄放荡人妇系列av在线网站| 亚州少妇无套内射激情视频| 国产精品亚洲欧美云霸高清| 色欲AV无码久久精品有码| 少妇呻吟一区二区三区| 国产精品美女久久久免费| 大肉大捧一进一出好爽视频mba| 色狠狠一区二区三区香蕉蜜桃| 国产成人一区二区三区| 久久久久99精品成人片| 播放灌醉水嫩大学生国内精品| 国产视频不卡在线| 羞羞色院99精品全部免| 久久无码av一区二区三区| 香蕉视频毛片| 亚洲精品国产福利在线观看| 精品久久中文字幕系列| 天堂√在线中文官网在线| 国产suv精品一区二区69| a√无码在线观看| 我想看久久久一级黄片| 成人免费无码大片a毛片抽搐色欲| 亚洲中文字幕无码专区| 国产精品一区成人亚洲| 国产三级韩三级日产三级| 久久无码字幕中文久久无码| 99久久国语露脸精品国产| 日本一极品久久99精品| 色婷婷精品久久二区二区蜜桃| 国产xxxx99真实实拍| 国产品精品久久久久中文| 国产白浆大屁股精品视频拍| 中文字幕亚洲无线码在线一区| 躁躁躁日日躁| 日本一区二区三区专区|