[01120841]桥梁结构疲劳损伤分析理论和评估方法研究

该项目的研究内容是大跨桥梁结构疲劳损伤分析和评估方法，属于土木与交通工程中的关键力学问题。该项目历时多年，已经完成了两个国家自然科学基金项目(50178019和50278017)、一个江苏省自然科学基金项目(BK2004074)、两个香港政府研资局(RGC)资助项目(PolyU 5042/01E和PolyU 5134/03E)和一个教育部博士学科点专项科研基金项目(20040286031)，发表论著120多篇，被SCI、EI、ISTP收录110篇次，相关软件获得计算机软件著作权登记证书，取得了丰硕的研究成果，部分成果为同行多次引用和评价。其中，已完成的江苏省自然科学基金项目(BK2004074)经过评审验收(其他项目均为总结结题)，主要验收意见为“该项目有关大跨桥梁结构特性与损伤的多尺度模拟和计算方面的研究成果在国内外都尚未见到，具有学术新意和工程应用前景，属于开创性成果。综上所述，该项目在大跨桥梁结构多尺度模拟、模型修正和基于多尺度模拟的结构损伤分析方面的研究成果达到国际先进水平，部分成果达到国际领先水平”。本项目取得的创新性成果有：提出了基于材料疲劳损伤物理特性的钢桥梁构件疲劳损伤演化方程并将其应用于桥梁结构疲劳损伤分析；首次运用桥梁结构在线健康监测数据反演结构运营过程中的疲劳状态和在线评估疲劳寿命；基于桥梁运营载荷的监测信息反演参数和建立桥梁上的移动载荷模型以用于桥梁结构响应分析；提出了以健康监测和状态评估为目标的桥梁结构多尺度模拟方法并应用于两个重要大跨桥梁结构的疲劳损伤分析；提出了结构多尺度模拟、结构疲劳状态识别和损伤演化导致失效的全过程仿真分析的对策。　　上述成果的科学价值和社会经济意义主要有：提出了钢桥梁构件疲劳损伤演化方程并将其应用于桥梁结构疲劳损伤分析，基于连续损伤力学理论推导了桥梁构件在实测随机变幅载荷下的疲劳损伤演化率，该疲劳损伤演化模型符合桥梁结构中疲劳累积的物理现象与规律，加强了我们对桥梁关键部位疲劳损伤过程中损伤特性的了解，建立了桥梁运营过程中发生的局部疲劳损伤程度与交通载荷循环量的定量描述，为桥梁结构疲劳损伤分析奠定了基础，是对损伤力学理论的创新与发展。提出大型桥梁结构疲劳早期识别和评估方法：基于桥梁结构健康监测系统的输出信息和桥梁结构动力响应有限元模拟，综合运用动态测试、结构参数识别、损伤局部分析及无损检测等理论与技术，提出了大型钢桥梁结构疲劳损伤早期识别方法。同时，所提出的基于健康监测信息进行疲劳分析的理论体系和随之建立的疲劳评估方法和流程，使得有效利用结构健康监测系统输出的“海量”信息进行桥梁运营过程中的疲劳评估成为可能。这些成果加强了我们对大型桥梁结构疲劳损伤累积过程和疲劳状态评估的认识，为大型桥梁结构疲劳早期识别和评估提供了理论和技术依据。提出了基于运营载荷监测信息建立桥梁移动载荷模型的方法，解决了模拟桥梁活载的困难和进行桥梁结构疲劳损伤分析时输入动态载荷的问题，使得桥梁结构损伤仿真计算分析成为可能。研究解决了大跨桥梁结构多尺度模拟和分析中的关键理论和技术问题；首次提出了针对大跨桥梁结构特性进行结构响应与损伤的多尺度模拟和计算分析的方法和策略并付诸实现。包括：提出了面向结构损伤分析的多尺度建模策略、基于子结构技术或多点约束衔接的多尺度建模方法，提出了适用于复杂结构模型的多尺度模型修正方法，以及应用多尺度模型进行结构损伤分析的方法与策略。这些成果适应了桥梁结构健康监测系统的兴起对结构损伤分析和状态评估的需求，为大跨结构服役过程中损伤累积的仿真分析提供了理论基础和技术路径。