钢结构桥梁焊接节点腐蚀疲劳研究进展

为深化对钢桥焊接节点腐蚀疲劳问题的认识,通过对既有研究成果进行梳理,从钢桥腐蚀原因及特点、焊接节点腐蚀疲劳性能影响因素及焊接节点腐蚀预测模型等方面进行了总结,探讨了钢桥焊接节点腐蚀疲劳研究的现状和发展趋势。针对环境腐蚀下疲劳裂纹萌生机理,重点讨论了点蚀疲劳损伤过程。基于3种典型的腐蚀疲劳模型(叠加模型,竞争模型和乘积模型),对腐蚀疲劳裂纹扩展机理进行了综述。对基于S-N曲线、Miner线性累积损伤理论和基于断裂力学裂纹扩展速率公式的两种主要的腐蚀疲劳寿命预测方法进行了归纳。研究结果表明:钢桥焊接节点腐蚀疲劳体现为环境介质和循环应力双重驱动下的裂纹扩展问题,其疲劳破坏模式、疲劳损伤机理、抗疲劳设计等问题更为复杂;钢桥腐蚀疲劳损伤驱动机理、腐蚀疲劳寿命评估方法及适用的疲劳性能强化技术,是钢桥的全寿命周期设计理论的重要基础和钢桥可持续发展亟待解决的重要研究课题。     

钢桥无损检测的可靠度理论及应用研究进展

损伤容限方法正逐步成为钢桥设计、评定与维护的理论基础.损伤检测作为损伤容限理论的重要组成部分,在确定构件初始缺陷/裂纹尺寸,优化结构检测周期等方面起着关键作用,其可靠度水平直接关乎结构的安全.回顾了无损检测可靠度指标-检出概率(POD)的计算理论,介绍了钢桥结构维护常用的无损检测手段,整理了获取裂纹/缺陷检出概率的主要...     

基于微分等价递归算法的桥梁体系耐久性可靠度动态评估

结构耐久性可靠度评估应以体系为对象,并且要体现结构性能的自身特征及动态时变特性。基于贝叶斯动态更新技术,以混凝土碳化深度为随机变量,利用体现结构个性特征的实桥检测信息对传统静态碳化模型进行修正。以可靠度指标为评价标准,引入能计入构件间相关性的微分等价递归算法,并将其嵌入到贝叶斯动态更新框架中,构造出体系碳化耐久性动态评估模型和计算流程,形成了复杂体系碳化耐久性动态可靠度计算方法,采用MATLAB平台开发了计算程序。利用碳化试验模拟实桥检测数据,对钢筋混凝土拱桥进行了体系动态耐久性评估,发现模型更新后拱圈和立柱的碳化耐久性可靠度比更新前有所增大,而桥面板则有所降低,体系耐久性可靠度低于构件可靠度。     

钢桥疲劳荷载效应监测数据概率建模与疲劳可靠性分析方法

疲劳荷载效应的概率模型是钢桥疲劳极限状态方程的关键内容。针对钢桥疲劳荷载效应监测数据的多峰分布特征,提出基于高斯混合模型的监测数据概率建模方法。首先,构造疲劳荷载效应观测数据的完整似然函数,在此基础上采用Expectation Maximum算法对高斯混合模型的权重、均值及方差等参数进行迭代估计。同时,采用信息统计学中的AIC和BIC准则来确定高斯混合模型的最优高斯分量数,以此来兼顾概率模型的准确性和简洁性。研究发现,高斯混合模型可以较好地描述日等效应力范围和循环次数的多峰分布特征。最后,采用荷载效应的高斯混合模型建立钢桥疲劳极限状态方程,在此基础上分析润扬大桥钢箱梁3个焊缝细节的疲劳可靠度。     

基于检测信息的既有钢塔结构的可靠度分析

本文基于可靠度理论和蒙特卡罗法原理,结合ANSYS有限元分析软件的概率设计模块,通过某微波通讯塔的工程实例,进行钢塔结构的可靠度分析评估。为分析检测信息对可靠度评估的影响,模拟了一组小样本检测信息,在此基础上生成的整体大样本检测信息,代入钢塔结构模型,进行可靠度分析,实现检测基础之上的既有钢塔结构可靠度分析。     

考虑钢材锈蚀的桥梁焊接节点概率疲劳寿命评估

由于循环外荷载和腐蚀性环境的共同作用,近海桥梁结构易受疲劳破坏.本文提出了一种考虑钢材锈蚀的桥梁结构改进疲劳可靠度评估模型,并基于青马大桥长期结构健康监测数据对其典型焊接节点的概率疲劳寿命进行了评估.通过建立有效截面衰减模型和材料疲劳性能退化函数,利用Miner损伤累积准则的连续概率函数表达式,提出了考虑钢材锈蚀的疲劳可靠度解析模型.同时考虑交通载荷(包括汽车载荷和火车载荷)和台风影响,通过统计分析长期应变监测数据建立了标准日应力谱.采用有限混合分布方法及基于遗传算法的混合参数估计算法,得到了标准日应力谱多模态有限混合分布函数.比较分析了考虑和未考虑钢材锈蚀的焊接节点疲劳寿命失效概率和可靠度指标,研究结果表明钢材锈蚀因素对桥梁焊接节点的疲劳可靠度评估结果有较大影响.     

工程结构椭球凸集模型可靠度的二次型计算方法研究

工程结构概率可靠度在理论上已经建立了完整的计算体系,但在实际工程应用中却停留在近似或半经验阶段。对于既有工程结构的可靠度评估,由于测试数据有限,采用椭球凸集模型可靠度进行评估有很高的工程价值和广泛的应用前景。椭球凸集模型可靠度有很多种不同的定义,但无论何种定义,如果完全脱离概率可靠度与失效概率的基本假定,则很难与现在基于概率可靠度评估方法的主流实现有效的衔接。从多维正态联合概率密度出发,推导了斜椭球方程及其标准化方法,同时结合极限状态方程,给出了椭球凸集模型可靠度与概率可靠度之间的数学关系。算例表明,得出的特殊简化情况下的椭球凸集模型可靠度计算方法和几何解释,可进一步推动该类可靠度在工程中的应用。     

基桩低应变法检测合格率的可靠度分析

针对检测规范中基桩质量抽检规定的不完全合理性,引入了检测合格率的可靠度指标评估基桩质量。基于贝叶斯理论建立基桩检测合格率的概率分布模型及可靠度的极限状态方程,并通过海明贴近度利用历史检测数据,使得对基桩质量评估较目前检测规范规定更加科学合理。     

基于贝叶斯理论的钢-混凝土混合结构试验模型地震损伤分析

采用纤维单元模型对1个3层钢-混凝土混合结构试验模型进行动力弹塑性时程分析,在多条不同地震波作用下,通过数值模拟得到结构的地震需求概率函数,并以此作为结构地震需求的先验概率。基于贝叶斯理论并结合振动台试验数据,更新需求信息,得到模型结构地震需求的后验概率,预测其在不同强度地震作用下的破坏概率。研究结果表明,较小强度地震作用下的数值模拟结果与试验结果吻合较好,强震作用下需基于贝叶斯理论并结合试验数据进行修正,修正后的易损性曲线能够对结构的损伤状态进行更准确的评估。     

钢结构吊车梁疲劳动态可靠度研究

本文视吊车荷载与疲劳强度为随机过程 ,建立了基于极限应力模式的钢结构吊车梁疲劳动态可靠度分析模型 ,提出了对吊车荷载效应与构件疲劳强度进行统计分析的方法。并结合某工程现场实测荷载数据与模型疲劳试验 ,对某工业厂房吊车梁圆弧端进行了疲劳可靠度评估 ,结果表明本文建立的疲劳动态可靠度分析模型能很好对吊车梁圆弧端的破坏情况进行概率解释。     

既有结构基于评估使用年限的目标可靠度研究

在比较JCCS概率模式规范与我国统一标准规定的结构构件允许失效概率及目标可靠指标的基础上,研究了既有结构基于评估使用年限的目标可靠度。以评估使用年限内的允许累积失效概率与原设计使用年限内的允许累积失效概率相等为原则,建立了根据评估使用年限确定目标可靠度的方法,并提出了抗力需求折减系数建议值。以允许年失效概率为依据,提出了危险构件的可靠度定义和既有结构构件的使用安全寿命准则。以某锈蚀钢筋混凝土梁的受弯承载力分析为例,研究了其使用安全寿命、全寿命期检测评定周期等。     

B780CF钢焊接接头疲劳裂纹扩展速率可靠性研究

对B780CF钢在不同的焊接工艺下疲劳裂纹扩展行为进行试验,研究其概率疲劳规律。采用七点递增多项式拟合方法,计算了一系列不同焊接工艺下相同裂纹长度存活率分别为50%、90%、95%、99%、99.9%的裂纹扩展速率,得到了不同焊接工艺下疲劳裂纹扩展速率曲线及表达式。定量分析了在不同可靠度下焊接工艺对疲劳裂纹扩展速率及Paris公式中两个重要参数的影响。     

带有裂纹构件的钢桁桥的检测和评估研究

在19世纪末至20世纪中叶,许多较大跨径的公路钢桥被建造起来,并且至今仍在运营.然而,在今天大轴重大流量交通荷栽作用下,许多部位已经出现了疲劳裂纹,因此,桥粱病害的_检测与钢构件的安全评估就显得尤为重要.而断裂力学是研究具有初始缺陷材料的有力工具.以嫩江钢桥为例,对该桥的钢材断裂韧性以及初始裂纹进行了检测,以及对检测结果的断裂力学分析,然后依据检测结果应用断裂力学方法时该桥的主要杆件进行了安全性能评估.     

钢桥疲劳评估研究进展

介绍近期国内外关于钢桥疲劳研究的新进展,主要是热点应力法、临界距离理论法、连续介质损伤力学和断裂力学法在钢桥疲劳评估中的应用。分析现行设计规范推荐的疲劳评估法存在的不足,提出钢桥疲劳三阶段评估法。在整体-局部模型和局部精细化模型中采用热点应力、临界距离理论与断裂力学法是三阶段疲劳评估的关键内容。三阶段疲劳评估法具有良好的普遍适用性,可提高疲劳寿命评估的效率和准确性。     

在役梁桥弯曲抗力概率模型的确定方法

抗力的计算模式不确定性对在役桥梁的可靠度评估影响显著.按照从本构到结构的分析思路,采用纤维模型进行材料非线性分析以反映梁桥的弯曲承载力;基于检测数据的概率统计结果,采用Monte-Carlo抽样技术模拟梁桥的随机特性,建立了基于纤维模型的实测弯曲抗力统计技术,编制了随机弯曲抗力分析系统(FMRA),能够充分反映既有梁桥弯曲抗力的自身随机特性,可以准确确定评估目标结构自身的计算模式不定性.     

基于评估使用年限的既有结构可靠度评定实用方法

在分析国内外关于考虑抗力和荷载效应时变性的结构可靠度研究成果的基础上,提出了既有结构基于评估使用年限的可靠度评定实用方法。分析表明,不考虑设计使用年限内的抗力退化时,结构累积失效概率与服役年数成正比。结构抗力随机过程模型采用服役起始点随机变量乘以一个确定的抗力衰减函数表示,则结构抗力随机过程可退化为随机变量。同时考虑结构在评估使用年限内的抗力退化和评估使用年限缩短引起的抗力需求调整,建立了既有结构基于评估使用年限的累积失效概率和可靠指标条件方程。为便于工程应用,用抗力平均退化系数和抗力需求折减系数表示可靠指标的动态变化,建立了既有结构评估的抗力-需求比实用表达式,并提出了不同评估使用年限下的抗力需求折减系数建议值。     

桥梁钢疲劳断裂性能比较研究和统计分析

基于早年桥梁钢的常规疲劳断裂试验结果 ,比较研究了早年桥梁钢的断裂性能 ;应用概率统计方法分析了早年桥梁钢的疲劳裂纹扩展特性。结果表明 :2 0世纪 5 0年代前生产的铁路桥梁钢材断裂韧性较低 ,低温下 (0℃以下 )裂纹张开位移 (COD)值为 0 0 12～ 0 0 2 9mm ,断裂韧性 (K1C)值为 36 8～ 6 0MPa·m1/ 2 ;其钢材的疲劳裂纹扩展规律相关性较好。运用双随机变量描述了疲劳裂纹扩展过程 ,表现了真实裂纹扩展规律相对Paris公式的偏离程度。给出的疲劳裂纹扩展速率da/dN =7 78× 10 -13 (ΔK) 4 92 (m/周 )可用于现役钢桥的疲劳寿命评估和预测     

基于断裂力学模型对铆接铁桥剩余寿命的评估

以某黄河铁桥为例,结合有限元分析,介绍了基于断裂力学的既有铆接铁路钢桥剩余寿命评估的原理和方法,克服了传统疲劳评估方法中存在的不足,提出了该桁架剩余寿命评估结果。     

冰激作用下风电塔高强螺栓腐蚀疲劳可靠度分析

针对风力机塔筒法兰联接螺栓结构特殊、受力复杂、易于失效等特点,主要对流冰作用下高强螺栓节点的疲劳可靠度进行研究。首先建立Derradji-Aouat海冰本构模型,采用非线性有限元法对塔-冰碰撞过程进行了数值模拟,得到法兰截面的应力时程曲线;然后基于Schmidt-Neuper理论,应用ANSYS建立法兰联结螺栓结构模型,计算得到法兰受载与螺栓应力之间的关系;然后通过插值运算得到外荷载作用下螺栓的应力时程曲线;最后基于Gerberich-Chen公式,对螺栓节点应力进行分析,得到高强螺栓腐蚀疲劳可靠度。计算结果表明:单一冰激作用下,冰厚一定时,随着速度的增加,螺栓的可靠度指标有所下降,下降幅度不大,但冰载的存在对螺栓的可靠度有较大的影响,应与其他荷载共同考虑;螺栓初始裂纹的大小对其疲劳可靠度存在较大的影响。     

带有裂纹构件的钢桁桥的检测和评估研究

在19世纪末至20世纪中叶,许多较大跨径的公路钢桥被建造起来,并且至今仍在运营。然而,在今天大轴重大流量交通荷载作用下,许多部位已经出现了疲劳裂纹,因此,桥梁病害的检测与钢构件的安全评估就显得尤为重要。而断裂力学是研究具有初始缺陷材料的有力工具。以嫩江钢桥为例,对该桥的钢材断裂韧性以及初始裂纹进行了检测,以及对检测结果的断裂力学分析,然后依据检测结果应用断裂力学方法对该桥的主要杆件进行了安全性能评估。