桥梁缆索钢丝裂纹扩展速率预测及疲劳寿命计算

王天鹏，张建仁，王磊，马亚飞

（1.长沙理工大学土木工程学院，湖南长沙 410114；2.中南林业科技大学土木工程学院，湖南长沙 410004）

缆索作为桥梁的关键承重构件，其疲劳性能是桥梁设计、运维和安全评估的重要依据[1].传统方法多基于S-N曲线，通过Weibull分布模型描述不同可靠度下缆索钢丝的疲劳寿命[2-3].对于服役桥梁，将含有初始缺陷的裂纹扩展寿命作为结构经济检修期更符合“损伤容限”的设计思想，也更便于桥梁的检测和维护，所以国内外学者对钢丝的疲劳裂纹扩展规律进行了较多的研究.在原状钢丝上进行疲劳试验最符合钢丝的实际破坏过程，但原状钢丝的裂纹扩展无法直接观测，所以需要进行电信号转换[4]，或采用塑料制品伴随试件裂纹扩展进行观测[5]，这样大大增加了试验成本.采用染色勾线法[6]或变载刻痕法[7]在原状钢丝裂纹扩展过程中形成痕迹，通过断后截面分析得到裂纹扩展规律也是可行的方法，但测试精度取决于操作人员的经验，主观性强.将原状钢丝加工成板条状，通过单边裂纹扩展试验法可获取较为精确的数据[8-9]，但缆索钢丝直径一般为7 mm或5 mm，使板条成型尺寸有限，所以至今桥梁缆索钢丝疲劳裂纹扩展规律的试验研究仍在进行中.此外，有学者以跨尺度应变能密度因子作为裂纹扩展控制参量[10-11]，建立跨尺度裂纹扩展模型分析缆索的疲劳寿命，但有些参数无法通过试验获取，其跨尺度变化规律只能进行假设.基于有……