脉动风荷载作用下弦支穹顶结构的疲劳分析

大跨空间结构在风等交变荷载作用下,结构的应力循环交替变化,可能形成结构的疲劳损伤。通过对2008奥运羽毛球馆采用总寿命法进行疲劳分析,结合疲劳分析的基本理论,运用雨流计数法,统计出了应力循环历程,采用Miner线性累积损伤理论,得到了结构在荷载过后的疲劳损伤程度,找到了疲劳危险区域,得出了一些结论。     

长期主动变位下FAST索网支承结构疲劳寿命分析

研究分析了500m口径射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,简称FAST）反射面索网支承结构的疲劳性能。模拟FAST主动变位工作模式（长时巡天观测和随机独立观测）,计算30年设计基准期内连续工作运行的次数需求,分析FAST索网支承结构变位工作的随机疲劳应力历程,并基于简单抽样技术,对全寿命疲劳应力历程进行简化,采用实时雨流计数法进行分解;基于S-N试验曲线和Smith等效疲劳寿命极限应力线图,采用Miner线性损伤累积准则分析各索的疲劳寿命。以所有单索疲劳寿命的最小值作为整体结构疲劳寿命,多次模拟计算,统计分析保证率为99.9%的结构疲劳寿命,并合理选取安全系数2.0考虑疲劳寿命变异性影响。分析结果表明,在设计基准期内,结构疲劳寿命满足安全要求,结构疲劳危险区域主要分布在索网中心区域。     

杆身设置MTSD的桅杆结构风振疲劳控制

本文研究通过在格构式桅杆杆身上设置多个TSD控制装置,来减小桅杆风激振动,提高疲劳寿命。文中以一工程实例,建立了桅杆的空间动力分析模型,进行了有限元非线性时程动力分析,用雨流计数法统计了计算点的应力幅和循环次数,根据Miner线性累积损伤理论,用S-N曲线方法计算了桅杆疲劳寿命。通过设置控制装置前后桅杆疲劳寿命的对比,验证了设置振动控制装置来提高桅杆疲劳寿命是有效的。     

基于损伤-断裂综合法的钢筋混凝土桥梁疲劳寿命分析方法研究

为了保证既有混凝土桥梁使用安全,提出基于损伤-断裂综合法的疲劳寿命评估方法。引入临界损伤度的概念,并通过损伤阶段与断裂阶段名义应力等效原则推导临界损伤度的计算公式,基于线性损伤累积理论及临界损伤度计算了钢筋裂纹萌生的疲劳寿命;基于Pairs公式及等效应力幅公式积分得到钢筋裂纹扩展阶段疲劳寿命,详细介绍了初始裂纹、临界裂纹尺寸计算方法;两者叠加得到结构总的疲劳寿命。根据原始档案资料,运用ANSYS有限元软件建立某桥梁格有限元模型,基于车桥耦合振动程序求得各验算点钢筋动力响应的应力历程,并由雨流计数法得到应力谱,采用损伤-断裂综合法对其进行了疲劳寿命评估。     

钱塘江大桥疲劳检算和剩余寿命评估研究探讨

基于原始档案资料,建立了钱塘江大桥三维力学模型,计算获知各验算构件的应力历程并利用雨流计数法统计得到应力谱。依据规范,采用传统的疲劳损伤积累原理计算构件的损伤度,由此确定出剩余寿命评估对象。利用断裂力学方法精确模拟临界构件的裂纹扩展,从而计算出评估杆件的剩余寿命,并依据计算结果确定该桥的检测间隔。     

悬挑式张弦罩棚结构的风致疲劳分析

悬挑式张弦梁结构是由传统张弦梁结构改进的高效空间结构,其单榀张弦梁结构由上拉索、弦杆以及下抗风索组合而成。由于此类结构的风致振动效应显著,有必要研究其风致疲劳效应的影响。为研究悬挑式张弦罩棚结构的风致疲劳损伤,以某体育场罩棚为研究对象,采用几何缩尺比为1∶150的ABS塑料刚性模型进行B类风场下的风洞试验,得到各测点的风压时程数据,转化为有限元模型的节点风荷载进行风致振动响应分析并得到拉索的应力时程。利用雨流计数法对拉索的应力时程进行统计计数,并结合EuroCode2中所推荐的拉索S-N曲线,采用Miner准则对拉索的疲劳损伤进行线性累积,从而对该悬挑式张弦梁结构中的拉索进行疲劳损伤评估。结果表明：拉索构件的风致疲劳损伤随风向角变化明显,最不利风向角在180°附近;由于拉索构件的几何非线性特性,其疲劳损伤随风速变化呈非线性增长趋势。     

武汉体育中心游泳馆屋顶网架结构风致疲劳性能分析

以武汉体育中心游泳馆屋顶网架结构为研究对象,分析其在随机风荷载作用下的疲劳损伤性能。先根据该结构风洞试验结果结合数值模拟得到作用在结构上的风荷载,再利用ANSYS对结构进行应变时程分析,通过雨流计数法进行应变循环历程统计,最后基于Miner损伤准则计算总累加损伤和估算疲劳寿命。据此编制了适用于网架结构疲劳分析的程序,可计算出所有杆件在不同工况下的风致疲劳损伤值和疲劳寿命。为了研究结构在损伤情况下的疲劳性能,分析获得了不同风向角下的易损杆件,假设这些杆件首先发生刚度降低,来分析结构完好、有损伤结构在设计风速和良态风速下的疲劳性能。结果表明:在设计风速下结构完好时,有杆件会发生疲劳损伤或破坏;随着结构刚度降低,发生疲劳损伤和破坏的杆件数量大幅增加;即使是在良态风速下,随着结构刚度降低,在100年建筑使用寿命内也出现了杆件疲劳损伤和破坏;对网架结构来说,特别是当结构有损伤服役时,风致疲劳是结构巨大安全隐患,应引起高度重视。     

铁路钢桥基于名义应力法的疲劳寿命预测研究

通过建立铁路疲劳列车模型,采用自编的影响线动态加载程序和三点雨流计数法程序对某64m钢桁梁桥不同部位杆件的应力谱进行了计算分析,并对其疲劳寿命预测进行了研究,得出了一些重要结论,可为铁路钢桥的疲劳寿命预测提供理论依据。     

风机荷载下平板网架的整体疲劳分析

针对风机交变荷载下平板网架产生整体疲劳的问题,采用总寿命法进行了分析.该方法考虑了G oodm an平均应力影响,运用雨流计数法统计应力-应变历程,并用M iner理论对不同应力幅值产生的损伤进行线性叠加,得到杆件的疲劳损伤程度,找出结构的疲劳薄弱区域.研究发现,平板网架的疲劳薄弱区域始终从放置风机的位置开始,随着风机荷载振幅的增大,疲劳薄弱区域逐步向四周扩散,疲劳损伤度呈指数增长.风机工作频率接近网架前几阶自振频率时,结构易出现疲劳;两风机竖向振动相位差在90~°135°及水平同步振动时,结构易出现疲劳.     

车辆荷载作用下斜拉索疲劳可靠度分析

针对桥梁疲劳损伤累积过程中的大量不确定性因素,基于Miner线性累积损伤理论提出车辆荷载作用下大跨斜拉桥的疲劳可靠度评估方法。通过"影响面"计算得到车辆荷载作用下各斜拉索的时点应力,采用"雨流计数法"统计斜拉索的应力幅和循环次数。在此基础上,对车辆荷载作用下斜拉索的疲劳可靠度进行分析。结果表明:斜拉索应力随机过程可采用Poisson过程描述;车辆荷载作用下的斜拉索疲劳可靠指标为7.19~17.57,靠近索塔处的斜拉索疲劳可靠指标较大,远离索塔处的斜拉索疲劳可靠指标较小。     

焊接空间网架结构全寿命期风致疲劳分析

针对焊接空间网架结构在服役期内,随使用年限增加而导致结构刚度逐渐降低,加剧结构风致疲劳损伤,提出对结构进行全寿命期风致疲劳分析,以研究结构整个服役期风致抗疲劳性能,保证结构使用安全。通过分析焊接节点与杆件之间连接刚度随裂缝损伤变化的关系,建立网架结构连接刚度可变模型;通过高周疲劳试验,获得节点与杆件之间焊材的应力-寿命(S-N)曲线及疲劳参数;对结构进行风致响应分析,得到结构杆件连接处的应力时程,利用雨流计数法对应力时程进行循环计数,采用Basquin模型的疲劳寿命估算公式和Miner线性累加损伤理论,得到杆件连接处的累积疲劳损伤值和疲劳寿命。以武汉体育中心游泳馆屋顶网架结构为背景,分析了该结构在无焊接缺陷、有10%的焊接缺陷随机分布和最不利分布三种工况下的100年使用期内,随服役期增加、结构刚度不断降低时的所有杆件疲劳损伤程度。结果表明：网架结构在服役早期,杆件连接处就出现了疲劳损伤和连接刚度降低,随使用年限增加,结构连接刚度进一步降低,疲劳损伤程度也不断加剧,发生连接疲劳破坏的杆件数量大幅增加;特别是有焊接初始缺陷时,结构刚度降低更快,发生连接疲劳破坏的杆件数量更多;即使在良态风环境下,也有杆件连接处发生了疲劳破坏。     

变幅疲劳应力的统计与分析

介绍了“雨流法”对变幅疲劳应力谱进行统计的方法，以及根据实测应力谱采用Ｍｉｎｅｒ累积损伤准则对结构实际疲劳性态的分析。     

基于名义应力法的工业钢烟囱风致疲劳损伤评估

文章基于名义应力法对某工业钢烟囱的风致疲劳安全性能进行了研究,并对于该钢烟囱的风振响应开展了分析。首先,运用通用有限元软件ANSYS建立了工业钢烟囱的杆系模型,并验证杆系模型的可靠性。然后,基于谐波叠加法进行了风速时程的模拟,并考虑钢烟囱所在地实际风速风向联合分布特性对风致疲劳损伤分析的影响。最后,通过雨流计数法、Goodman应力修正、S-N曲线和Pelmgren-miner线性累积损伤理论,并运用名义应力法对工业钢烟囱的顺风向和横风向进行疲劳损伤评估。结果表明,使用名义应力法仅考虑横风向作用时的疲劳寿命为11.1年,横风向和顺风向共同作用时的疲劳寿命为9.09年,工业钢烟囱报告中实际出现裂纹的时间为4年,计算的疲劳寿命与实际裂纹出现时间接近。     

桅杆结构风振疲劳及可靠性分析

运用Monte Carlo方法对桅杆结构的非线性风振响应进行了计算。应用雨流法统计了纤绳节点板焊缝在服役期间内的应力幅及对应的循环次数。基于Miner线性累积损伤准则,计算得到了结构的疲劳寿命。以桅杆结构纤绳节点板焊缝的极限疲劳循环次数作为随机变量,利用可靠度理论分析了焊缝在不同服役期的疲劳可靠度。     

屈曲约束支撑低周疲劳性能及罕遇地震下的累积损伤评估

屈曲约束支撑(BRB)是一种有效的抗震耗能构件,具有拉压性能相当、滞回曲线饱满稳定、耗能性能优异等优点。通过大量TJ型屈曲约束支撑疲劳试验,分别从等幅疲劳和变幅疲劳两个方面评估其低周疲劳性能。等幅荷载作用下,BRB构件的疲劳寿命与应变幅满足Manson-Coffin公式。根据国产屈曲约束支撑的性能,引入结构可靠度理论,得到了具有不同保证率的容许疲劳寿命曲线。在变幅荷载作用下,利用帕尔姆格伦-迈纳线性累积损伤理论对屈曲约束支撑构件的损伤进行统计,提出具有95%保证率的容许损伤因子。利用雨流计数法,统计了罕遇地震下屈曲约束支撑构件的封闭环,并提出一套随机地震荷载下累积损伤的经验评估流程,为屈曲约束支撑的工程应用提供了方法与思路。最后,通过引用文献数据作为盲测样本,表明研究结果能在保证准确率的前提下较为保守地预测等幅和变幅加载下的屈曲约束支撑疲劳破坏。     

基于动应力测试的疲劳强度分析软件设计及应用

针对机车车辆线路动应力试验,基于疲劳强度评定和疲劳寿命预测理论,开发出了一套试验数据处理软件。运用雨流计数法的循环计数算法,满足了线路动应力实验对海量数据进行计数的需求;介绍了软件的基本结构和数据处理流程。软件已在多次线路动应力实验数据处理中得到应用,计算结果可靠。     

桅杆结构的风振疲劳分析

本文提出了对桅杆结构进行疲劳风振分析的一种方法；借助于桅杆所在地的风速资料，利用接近于实际的风模拟荷载，对桅杆结构进行时域内的非线性分析，从而得到了风载下桅杆结构易破坏处应力的时程曲线。通过雨流点数计算方法，可得到不同风速下、不同应力水平下的结构年实际循环次数，并可确定结构在已使用时间内不同应力水平下的实际循环次数，结合结构疲劳Ｐ—Ｓ—Ｎ曲线及Ｍｉｎｅｒ线性累积损伤理论，可对桅杆进行剩余寿命估计。     

桅杆结构风振疲劳的时域分析

对桅杆最易发生疲劳损伤的节点做了应力分析,探讨了修正线性准则在桅杆疲劳寿命计算方面的应用及节点参数对其节点疲劳寿命的影响。在各风向上风速服从Weibull分布的随机风作用下,对桅杆有限元模型进行了时域计算,采用雨流法和修正线性准则得到了节点区焊缝的疲劳寿命。     

正交异性钢桥面板U肋对接焊缝疲劳损伤度分析

分别在江阴长江大桥1/4跨截面快车道、慢车道U肋对接焊缝处布设测点,测得该桥一天的应变历程曲线。基于雨流计数法以及Miner疲劳损伤累计准则,分析快、慢车道日损伤度分布规律,并提出了该桥U肋对接焊缝部位的日损伤分布模型,最后对U肋对接焊缝处的疲劳寿命进行评估。分析结果表明,快、慢车道出现损伤峰值的时间基本一致,但各峰值大小差异性较大,慢车道损伤峰值约为快车道损伤峰值的4.4倍;根据日损伤度分布模型得出的疲劳寿命拟合值与实测值吻合良好,可以应用于实际工程;大桥设计寿命约为慢车道U肋对接焊缝实测寿命的3.7倍,表明慢车道U肋对接焊缝的疲劳寿命远远不能满足设计要求,因此需要对慢车道U肋对接焊缝疲劳寿命给予特别关注。     

钢桥整体节点疲劳寿命评估

以某钢桁梁桥为背景,基于ANSYS有限元软件对桥梁在移动荷载作用下的动力性能进行分析,找出了桥梁最不利的整体节点;提取了车辆过桥时,该整体节点的应力时程曲线,利用雨流计数法原理,计算出该整体节点处的应力频值谱,并利用名义应力法对桥梁整体节点疲劳寿命进行了评估。研究结果表明,桥梁整体节点设计合理,正常使用年限内是不会产生破坏的。