鋼管混凝土ansys命令流

1、鍵入文字碳纖維加固橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測摘要： 提出了一種針對老化橋梁的健康監(jiān)測的可靠性方法。首先, 根據(jù)橋梁的類型提出了臨界失效標(biāo)準(zhǔn)。然后基于這些標(biāo)準(zhǔn)定義安全界限。假定大量的失效標(biāo)準(zhǔn)是正態(tài)分布的隨機(jī)變量?；谶@樣的假設(shè),基本可靠性指標(biāo)和基本失效概率為每個(gè)關(guān)鍵失效模式估計(jì)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)基本失效概率值,橋梁系統(tǒng)失效概率值按這段時(shí)間考慮計(jì)算。最后,用系統(tǒng)失效概率來獲得橋梁系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。系統(tǒng)的可靠性指數(shù)用來表達(dá)的橋梁在使用期間的狀況較為片面。選擇斯里蘭卡國家鐵路橋網(wǎng)絡(luò)的一座鐵路橋梁作為一個(gè)案例研究來說明該可靠度程序。對于這座橋,失效的最重要的形式是疲勞和腐蝕。應(yīng)用程序的建議方法表明,橋梁在現(xiàn)有負(fù)載的情況

2、下的現(xiàn)狀是令人滿意的。對可靠性的預(yù)測,不是為了抵御破壞,而是一種對基礎(chǔ)設(shè)施管理進(jìn)行有效的積極的健康監(jiān)測方式。關(guān)鍵字：碳纖維 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測 狀態(tài)評估 維護(hù) 可靠性指標(biāo) 失效概率1、 介紹在當(dāng)今迅速變化的世界中,人類的生活質(zhì)量和國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展依賴于基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量、質(zhì)量、和有效性。在世界各國，民用基礎(chǔ)設(shè)施通常是需要維護(hù)的,康復(fù),或更換的 。特別是對基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成一個(gè)相當(dāng)大的投資的高速公路和相關(guān)的地面運(yùn)輸系統(tǒng)，直接影響到一個(gè)國家的工業(yè)產(chǎn)值。目前大多數(shù)橋梁養(yǎng)護(hù)策略基于由橋梁檢查員在不同時(shí)間間隔進(jìn)行的視覺檢查。由于人類檢測取決于個(gè)人檢查員,其結(jié)果存在一定程度的不確定性。因此,絕對的依賴檢驗(yàn)報(bào)告是不可靠的，而且

3、可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的決策和橋梁擁有者的高維護(hù)成本?；跇蛄旱氖Ｓ嗍褂脡勖S護(hù)成本的優(yōu)化。另一方面,橋梁的檢查員發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)化缺陷,破壞和惡化過程的能力不應(yīng)該被忽視。事實(shí)上,人類經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該被納入維護(hù)決策,但要有足夠的主觀的知識。只在那時(shí),任何可接受的戰(zhàn)略才能成為可能。當(dāng)前橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法存在許多缺點(diǎn)和普遍的不確定性。對結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和橋梁維護(hù)的知識不足造成由于頻繁的維護(hù)活動(dòng),不可預(yù)見的橋梁損害,和偶然的橋梁失效引起的重大的經(jīng)濟(jì)損失。這些在金融,科學(xué)和其他資源方面的損失對于任何一個(gè)國家來說都是不可接受的。涉及橋梁養(yǎng)護(hù)的結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測和一般健康監(jiān)測的復(fù)雜性激勵(lì)研究者們制定出針對橋梁維護(hù)中的壽命預(yù)測和成本

4、優(yōu)化的通用方法。因此,任何針對健康監(jiān)測和維護(hù)提出的方法應(yīng)該基于現(xiàn)場研究的結(jié)果，這個(gè)結(jié)果能被實(shí)踐中的工程師所接受所理解。由于有許多不確定性存在于在現(xiàn)代程序方法中,在確定的方法中概率的方法是有利的。在這情況下,基于可靠性的方法能夠提供一個(gè)合理的方法來有效地利用稀缺資源，同時(shí)在結(jié)構(gòu)的整個(gè)使用壽命中保持規(guī)定的可靠性水平。2、方法2.1數(shù)學(xué)程序橋梁失效取決于許多與橋的類型相關(guān)的關(guān)鍵失效模式。對于鋼橋,疲勞是占主導(dǎo)地位的失效模式。但也有一個(gè)相當(dāng)大的腐蝕對在鋼橋使用壽命期內(nèi)產(chǎn)生影響。鋼筋混凝土橋梁受到彎矩和剪力的影響。因此, 人們根據(jù)橋的類型提出了關(guān)鍵失效模式這個(gè)概念。這些失效模式定義了評估橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀

5、況的數(shù)學(xué)過程。以安全保證極限Mi定義橋梁失效的第i個(gè)模式定義為:其中Z是材料強(qiáng)度變量，Z是荷載變量，當(dāng)ZZ時(shí)，橋梁處在安全狀態(tài)，當(dāng)Z6）并且時(shí)間T1內(nèi)保持不變。T1之后, 可靠性指數(shù)開始減少。在這期間,主要研究可靠性指標(biāo)的降低率。的值依賴于特定的橋的退化過程。例如, 位于沿海環(huán)境鋼桁架橋的高于位于內(nèi)陸鹽環(huán)境觸發(fā)鋼腐蝕的鋼橋。當(dāng)可靠性指標(biāo)達(dá)到目標(biāo)可靠性指標(biāo)（target）時(shí),應(yīng)采取某種形式的維護(hù)措施來保證橋梁的安全。這將增加可靠性指標(biāo)的數(shù)量。的存在是伴隨著一定的增加成本。因此,它通常是伴隨著維護(hù)活動(dòng)對可靠性指標(biāo)的增加進(jìn)行必要的優(yōu)化。處于大修下的基本維護(hù)活動(dòng)可靠性指數(shù)增加較日常預(yù)防維護(hù)活動(dòng)高。在T

6、3時(shí)間段內(nèi)可靠性指標(biāo)的增長是常數(shù)。在那之后,可靠性指標(biāo)再次降低以一個(gè)角度為（-）取決于維護(hù)活動(dòng)，稱為惡化率的降低。它在T4時(shí)期內(nèi)有效果。之后，其降解率又變回。當(dāng)可靠度指標(biāo)再次達(dá)到目標(biāo)可靠度時(shí),應(yīng)該進(jìn)行維護(hù)來提高結(jié)構(gòu)的安全性。3、案例研究應(yīng)用作為一個(gè)案例研究,選擇鋼桁架橋，作為可靠性模型來建模。在這個(gè)案例中,疲勞和腐蝕是最主要的失效形式。當(dāng)橋梁的一個(gè)構(gòu)件承受循環(huán)往復(fù)荷載時(shí)，它是因疲勞而失效。一般來說,疲勞被認(rèn)為是鋼橋的重要失效模式之一。如上所述,一個(gè)構(gòu)件的失效可以使用如下公式來進(jìn)行可靠性來建模:其中M是構(gòu)件疲勞失效的安全極限，也是衡量構(gòu)件失效的標(biāo)準(zhǔn)。N是加載在橋梁材料上的總壓力的循環(huán)次數(shù)。 N橋

7、梁使用到現(xiàn)在承受的壓力循環(huán)次數(shù)。假定這兩個(gè)變量服從正態(tài)分布曲線。當(dāng)NNn,M10,構(gòu)件處在安全區(qū)域內(nèi)。如 N Nn, M1（As）required ,M0時(shí)，橋梁處于安全狀態(tài)下。當(dāng)（As）current（As）required ,M0時(shí)，橋梁處于失效狀態(tài)下。假設(shè)這兩個(gè)變量都服從正態(tài)分布。根據(jù)這兩個(gè)變量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差,腐蝕失效的可靠性指標(biāo)可以表示為: 已經(jīng)把變量M轉(zhuǎn)換成了標(biāo)準(zhǔn)正太分布變量，失效概率和可靠度指標(biāo)的關(guān)系可以表示為： 如果已經(jīng)找到這兩個(gè)變量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，那么腐蝕失效的概率就能計(jì)算出來。腐蝕可以計(jì)算失敗。因此, 疲勞和腐蝕的可靠性指標(biāo)可以用來求得系統(tǒng)失效概率如方程（5）和系統(tǒng)的可靠

8、性指標(biāo)如方程(6)。諾瓦克和斯?jié)伤苟餮芯苛似诤透g模型。在疲勞方面，使用與2.1節(jié)介紹的相同的可靠性模型。對腐蝕的影響,研究了低、中、高三種腐蝕速率。他們對彎矩和剪力的影響已經(jīng)被考慮進(jìn)去了。然而,疲勞和腐蝕的組合效應(yīng)影響沒有進(jìn)行詳細(xì)研究。 這座被選擇研究的橋是位于斯里蘭卡最長和最繁忙的鐵路橋梁，它橫跨緊鄰首都科倫坡的凱拉尼河的兩岸，長160米。這是一個(gè)沃倫桁架八跨橋，橋上通行雙車道類型桁架和半鐵路貨車。橋墩是由鑄鐵做的沉箱其中填充混凝土做成。這座橋是由英國工程師建于1885年，之后進(jìn)行了一些修改。如圖3所示的視圖是現(xiàn)在這座橋的圖片。表1隨著時(shí)間的推移,橋上通行的列車數(shù)量的遞增。選中的橋由屬于

9、不同裝置的不同形狀和截面的構(gòu)件組成。對橋的結(jié)構(gòu)分析,最重要的是要確定這些設(shè)置的不同，以至于在不同的構(gòu)件設(shè)置下能夠很容易的解釋出橋梁在荷載作用下的反應(yīng)。圖4是不同構(gòu)件設(shè)置下桁架的立面圖，圖5是橋梁的平面圖，其相應(yīng)的構(gòu)件系列也定義了。這兩組數(shù)據(jù)給出了 表1 列車數(shù)量隨時(shí)間的變化表時(shí)間 列車數(shù)量/天1995-現(xiàn)在 801985-1995 72 1975-1985 64 1970-1975 56 1950-1970 42 1930-1950 32 1910-1930 24 1985-1910 20 圖1 所研究橋梁的照片圖4 桁架構(gòu)件設(shè)置編號圖5橋板構(gòu)件設(shè)置編號對于疲勞和腐蝕失效在不同構(gòu)件設(shè)置下的當(dāng)前

10、基本可靠度指標(biāo)構(gòu)件設(shè)置 疲勞可靠度指標(biāo) 腐蝕可靠度指標(biāo)第1組（主梁） 9.60 8.00第3組（主梁） 7.30 8.00第4組（主梁） 4.33 7.50第8組（十字交叉梁） 4.33 7.50第9組（鐵軌梁） 4.85 9.00第6組（診斷張力構(gòu)件） 7.09 9.00第7組（診斷張力構(gòu)件） 7.12 9.00第8組（診斷張力構(gòu)件） 6.84 9.00第9組（診斷張力構(gòu)件） 6.96 9.00一些關(guān)于不同的構(gòu)件系列和在橋中獨(dú)特的位置的信息。這些不同的構(gòu)建系列中，有9中與疲勞失效相關(guān)的構(gòu)件系列。這些都是系列2(主梁),系列3(主梁),系列4(主梁),系列8(十字架交叉梁),系列9(鐵軌梁),

11、系列6(對角線張力構(gòu)件),系列7(對角張力構(gòu)件), 系列8(對角張力構(gòu)件)和系列9(對角張力構(gòu)件)。3.1結(jié)果考慮橋的如表1所示加載歷史情況下,失效的第一種模式(疲勞),當(dāng)前可靠性指標(biāo)已計(jì)算出并總結(jié)在表2中。同樣, 在當(dāng)前腐蝕的條件下，橋也被研究過。在此檢查的基礎(chǔ)上,各個(gè)構(gòu)件的基本可靠性指標(biāo)能求出并展示在表2中。運(yùn)用此文所介紹的方法,系統(tǒng)可靠性指標(biāo)能被計(jì)算出來，如表3所示。綜上所述,就可以得出結(jié)論,當(dāng)前所有構(gòu)件系列是安全的,因?yàn)樗鼈兊乃袠?gòu)件系列的可靠指標(biāo)值高于目標(biāo)的可靠指標(biāo)值(3.0)。然而,一些構(gòu)件的可靠性指標(biāo)相比其他構(gòu)件較低。這些成員的腐蝕程度應(yīng)該給予監(jiān)測和應(yīng)該不斷地檢查疲勞積累。一旦這

12、些值達(dá)到目標(biāo)可靠性指標(biāo)的值，用新構(gòu)件代替他們的時(shí)候到了。研究成果已應(yīng)用于現(xiàn)有的橋梁和基于結(jié)果估計(jì)壽命也達(dá)到了滿意的效果。 該方法可以應(yīng)用于橋的壽命估算。繪制系統(tǒng)可靠度指標(biāo)隨著時(shí)間的變化趨勢圖能夠預(yù)測不同的構(gòu)件系列的橋梁剩余使用壽命。4、結(jié)論本研究關(guān)注于如何用可靠性指標(biāo)來估算鑄鐵橋梁的健康狀況。為了制定該指數(shù)，選用疲勞和腐蝕作為其關(guān)鍵的失效模式?；谶@些失效模式提出了可靠度模型。使用這個(gè)指標(biāo),鑄鐵橋的失效概率能夠被求出并用于表達(dá)橋梁的現(xiàn)狀。選擇斯里蘭卡國家鐵路網(wǎng)作為一個(gè)案例進(jìn)行研究。人們發(fā)現(xiàn)盡管腐蝕的跡象已經(jīng)出現(xiàn)在橋中，當(dāng)前橋的狀態(tài)還是令人滿意的。根據(jù)本文中所提出的理論, 可以對鑄鐵橋梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)

13、和健康監(jiān)測。致謝本文作者非常感謝斯里蘭卡國家自然科學(xué)基金的資金支持。研究編碼 : NSF/SCH/2005/02 and RG/2002/E/01.參考文獻(xiàn)1. Kong, J.S. and Frangopol, D.M. (2004). Costreliability interaction in lifecycle cost optimization of deteriorating structures. Journal of Structural Engineering, 130(11),17041712.2. Kong, J.S. and Frangopol, D.M. (2004)

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