CN114117622B - 一种桥梁钢结构疲劳寿命计算方法及系统 - Google Patents

一种桥梁钢结构疲劳寿命计算方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114117622B
CN114117622B CN202210065452.2A CN202210065452A CN114117622B CN 114117622 B CN114117622 B CN 114117622B CN 202210065452 A CN202210065452 A CN 202210065452A CN 114117622 B CN114117622 B CN 114117622B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fatigue
steel structure
bridge steel
hot spot
fatigue life
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210065452.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114117622A (zh
Inventor
刘建辉
董春霞
申文娟
贾冠男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Renyun Intelligent Technology Co ltd
Original Assignee
Wuhan Renyun Intelligent Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Renyun Intelligent Technology Co ltd filed Critical Wuhan Renyun Intelligent Technology Co ltd
Priority to CN202210065452.2A priority Critical patent/CN114117622B/zh
Publication of CN114117622A publication Critical patent/CN114117622A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114117622B publication Critical patent/CN114117622B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/04—Ageing analysis or optimisation against ageing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供一种桥梁钢结构疲劳寿命计算方法及系统，包括如下步骤：S100车辆载荷模拟，以此计算出模拟的车辆荷载：S200对桥梁钢结构的疲劳热点进行有限元模型建立；S300根据所述有限元模型提取疲劳热点影响线，并对所述有限元模型多次施加所述疲劳热点影响线，以得到所述疲劳热点的疲劳寿命；S400计算桥梁钢结构的疲劳损伤累计，获得桥梁钢结构疲劳开裂时的应力幅；S500基于模拟的车辆荷载，得到移动荷载引起的荷载历程，根据荷载历程获取桥梁钢结构疲劳开裂所需的循环次数；S600计算出桥梁钢结构的剩余疲劳寿命。

Description

一种桥梁钢结构疲劳寿命计算方法及系统
技术领域
本发明涉及结构疲劳性能检测领域，具体为一种桥梁钢结构疲劳寿命计算方法及系统。
背景技术
在桥梁钢结构的设计与实践过程中，钢结构疲劳问题是常遇到的问题之一。在桥梁钢结构设计以及桥梁服役期间，需要对桥梁钢结构进行健康监测，以获取包括桥梁钢结构裂纹、钢筋锈蚀等多类缺陷在内的检测信息，并以此估算桥梁的寿命，采取应对措施。
同时，目前的桥梁钢结构多包括钢桁架梁正交异型钢桥面板（如图1所示），其包括顶板、横隔板、U肋、纵隔板，上述部件之间多以焊接方式进行连接，由此形成如图1所示的顶板对接焊缝L1、横隔板与U肋焊缝L2、U肋与顶板焊缝L3、纵隔板与顶板焊缝L4、纵横隔板间焊缝L5以及横隔板开孔边缘焊缝L6等。但目前的桥梁钢结构疲劳寿命计算方法中未将交通荷载模拟和作为疲劳热点的焊缝进行综合考虑，因此无法及时发现发生桥梁钢结构发生疲劳开裂的潜在可能性，以及无法精确评估桥梁钢结构的疲劳寿命。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种桥梁钢结构疲劳寿命计算方法及系统。
本发明提供的一种桥梁钢结构疲劳寿命计算方法，包括如下步骤：
S100、车辆载荷模拟，以此计算出模拟的车辆荷载：
S200、对桥梁钢结构的疲劳热点进行有限元模型建立；
S300、根据所述有限元模型提取疲劳热点影响线，并对所述有限元模型多次施加所述疲劳热点影响线，以得到所述疲劳热点的疲劳寿命；
S400、计算桥梁钢结构的疲劳损伤累计，获得桥梁钢结构疲劳开裂时的应力幅δmax；
S500、基于模拟的车辆荷载，得到移动荷载引起的荷载历程
Figure 281111DEST_PATH_IMAGE001
，根据荷载历程
Figure 254883DEST_PATH_IMAGE001
获取桥梁钢结构疲劳开裂所需的循环次数N，其中荷载历程
Figure 412195DEST_PATH_IMAGE001
为：
Figure 205839DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 106799DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 403919DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 732132DEST_PATH_IMAGE005
为材料常数，
Figure 278651DEST_PATH_IMAGE006
为桥梁钢结构疲劳热点的 应力幅的最小值；
S600、计算出桥梁钢结构的剩余疲劳寿命Y：
Y=N/T
其中，Y为桥梁钢结构剩余疲劳寿命，T为根据荷载历程单位时间周期内应力幅加载次数。
进一步的，S100中，车辆载荷模拟的步骤包括：
S11、使车辆通过动态称重系统，以获取车辆测量数据，其中，所述车辆测量数据包括：重车比重、车速、各车道交通量、总交通量、车辆轴重、车辆轴距、车头时距、车重中的一种或几种；
S12、对Monte-carlo抽样程序进行编制，且根据编制后的Monte-carlo抽样程序对所述车辆测量数据进行模拟抽样，以此计算出模拟的车辆荷载。
进一步的，S12具体还包括：对所述车辆测量数据进行随机抽样，再将抽样值逐个代入功能函数式进行计算，并根据计算结果确定桥梁钢结构是否失效，并从中得出桥梁钢结构的失效概率，该失效概率所对应的车辆载荷即为所述模拟的车辆荷载。
进一步的，所述桥梁钢结构包括钢桁架梁正交异型钢桥面板，所述疲劳热点包括桥梁钢结构各板材之间的焊缝位置。
进一步的，疲劳寿命的计算模型为：
Figure 124248DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 541454DEST_PATH_IMAGE008
为桥梁钢结构疲劳热点的应力幅；
Figure 306147DEST_PATH_IMAGE009
为桥梁钢结构疲劳热点的应力幅
Figure 71453DEST_PATH_IMAGE010
对 应的疲劳寿命；m为桥梁钢结构负倒数常数；β为桥梁钢结构疲劳热点应力集中系数；i对所 述有限元模型施加所述疲劳热点影响线的次数，且i为大于或等于1的正整数。
进一步的，疲劳热点的疲劳损伤度的获取模型为：
Figure 189582DEST_PATH_IMAGE011
其中，D为对疲劳热点反复加载应力幅后疲劳热点的损伤度，
Figure 851508DEST_PATH_IMAGE012
为第i次对疲劳热 点加载应力幅后疲劳热点的损伤度，
Figure 662469DEST_PATH_IMAGE013
为是第i级循环荷载的作用次数 ，
Figure 918001DEST_PATH_IMAGE014
是第i次对疲劳 热点加载应力幅后疲劳热点的疲劳寿命；
然后按照应力幅
Figure 839820DEST_PATH_IMAGE015
加载（其中，max小于或等于i），直至桥梁钢结构 疲劳开裂，获取i=max时的应力幅
Figure 621832DEST_PATH_IMAGE016
。
本发明提供的一种桥梁钢结构疲劳寿命计算系统，包括：
车辆载荷模拟器，用于获取模拟的车辆荷载；
有限元模型构建处理器，用于根据桥梁钢结构的疲劳热点对疲劳热点建立有限元模型；
疲劳寿命计算机，连接所述有限元模型构建处理器，以根据所述有限元模型提取疲劳热点影响线，并用于对所述有限元模型多次施加所述疲劳热点影响线，进而得到所述疲劳热点的疲劳寿命；
疲劳损伤累计计算机，连接所述疲劳寿命计算机，用于获得桥梁钢结构疲劳开裂时的应力幅；
荷载历程处理器，连接所述车辆载荷模拟器和所述疲劳损伤累计计算机，用于根据荷载历程获取桥梁钢结构疲劳开裂所需的循环次数；
剩余疲劳寿命计算机，连接所述荷载历程处理器，用于根据桥梁钢结构疲劳开裂所需的循环次数计算出桥梁钢结构剩余疲劳寿命。
进一步的，所述疲劳寿命计算机中具有疲劳寿命的计算模型：
Figure 869273DEST_PATH_IMAGE017
（1）
其其中，
Figure 612101DEST_PATH_IMAGE018
为桥梁钢结构疲劳热点的应力幅；
Figure 337612DEST_PATH_IMAGE019
为桥梁钢结构疲劳热点的应力幅
Figure 708550DEST_PATH_IMAGE020
对应的疲劳寿命；m为桥梁钢结构负倒数常数，m=3；β为桥梁钢结构疲劳热点应力集中系数； i对所述有限元模型施加所述疲劳热点影响线的次数，且i为大于或等于1的正整数。
进一步的，所述桥梁钢结构包括第一杆件、第二杆件以及第三杆件，且所述第二杆 件一端通过焊接连接所述第一杆件表面，形成焊接节点，即疲劳热点，另一端连接所述第三 杆件的一端，且所述第二杆件与第一杆件之间形成第一夹角，所述第二杆件与第三杆件之 间形成第二夹角，疲劳热点的应力幅
Figure 864244DEST_PATH_IMAGE020
为：
Figure 828789DEST_PATH_IMAGE021
（2）
其中，
Figure 357990DEST_PATH_IMAGE022
为施加在第二杆件以及第三杆件连接处的外力，
Figure 849014DEST_PATH_IMAGE023
为施加在第一杆件上 的外力，
Figure 172680DEST_PATH_IMAGE024
为
Figure 890100DEST_PATH_IMAGE025
的外力臂，
Figure 957413DEST_PATH_IMAGE026
为
Figure 37364DEST_PATH_IMAGE027
的外力臂，r为焊接节点I的受力力臂；
结合所述的疲劳寿命的计算模型(1)，可以获取与应力幅
Figure 797510DEST_PATH_IMAGE028
对应的疲劳寿命
Figure 595702DEST_PATH_IMAGE029
。
进一步的，所述疲劳损伤累计计算机中具有疲劳热点的疲劳损伤度获取模型：
Figure 466706DEST_PATH_IMAGE030
（3）
其中，D为对疲劳热点反复加载应力幅后疲劳热点的损伤度，
Figure 804759DEST_PATH_IMAGE031
为第i次对疲劳热点 加载应力幅后疲劳热点的损伤度，
Figure 1385DEST_PATH_IMAGE032
为是第i级循环荷载的作用次数 ，
Figure 427818DEST_PATH_IMAGE033
是第i次对疲劳热 点加载应力幅后疲劳热点的疲劳寿命；
利用公式（3）按照应力幅
Figure 836934DEST_PATH_IMAGE034
加载，直至桥梁钢结构疲劳开裂，获取i =max时的应力幅
Figure 157057DEST_PATH_IMAGE035
；
所述剩余疲劳寿命计算机中具有计算出桥梁钢结构的剩余疲劳寿命Y的模型：
Y=N/T
其中，Y为桥梁钢结构剩余疲劳寿命，T为根据荷载历程单位时间周期内应力幅加载次数，N为桥梁钢结构疲劳开裂所需的循环次数。
本发明的技术效果：将交通荷载模拟和作为疲劳热点的焊缝进行综合考虑，因此能够及时发现发生桥梁钢结构发生疲劳开裂的潜在可能性，以及能够精确评估桥梁钢结构的疲劳寿命。
附图说明
图1是现有的桥梁钢结构多包括钢桁架梁正交异型钢桥面板；
图2是桥梁钢结构的示意图；
图3是图2中焊缝位置L对应的有限元模型；
图4是有一实施例中的桥梁钢结构的示意图；
图5是桥梁钢结构疲劳寿命计算方法的流程图；
图6是桥梁钢结构疲劳寿命计算系统的框架图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
可以参照图5，本实施例提供了一种桥梁钢结构疲劳寿命计算方法，其包括如下步骤：
S100、车辆载荷模拟，其包括如下步骤：
S11、使车辆通过动态称重系统，以获取车辆测量数据，其中，所述车辆测量数据包括：重车比重、车速、各车道交通量、总交通量、车辆轴重、车辆轴距、车头时距、车重等中的一种或几种；
S12、对Monte-carlo抽样程序进行编制，且根据编制后的Monte-carlo抽样程序对所述车辆测量数据进行模拟抽样，以此计算出模拟的车辆荷载；
其具体包括如下步骤：对所述车辆测量数据进行随机抽样，再将抽样值逐个代入功能函数式进行计算，并根据计算结果确定桥梁钢结构是否失效，并从中得出桥梁钢结构的失效概率，该失效概率所对应的车辆载荷即为所述模拟的车辆荷载。
S200、不同的焊接情况可能使得应力集中情况和残余应力情况均不相同，桥梁钢结构疲劳损伤累计承受能力会因为不同的焊接情况导致变化，因此，需要对桥梁钢结构的疲劳热点进行有限元模型建立，其中，所述桥梁钢结构包括钢桁架梁正交异型钢桥面板，且如图2所示，所述疲劳热点包括桥梁钢结构各板材之间的焊缝位置L，例如U肋上端过焊孔处U肋的裂缝、U肋与顶板焊缝的纵向裂缝、U肋下缘对接焊缝的裂缝、顶板与U肋焊缝处的顶板纵向裂缝等中的一种或几种；进一步的，图3即示出了该焊缝位置L对应的有限元模型。
S300、根据所述有限元模型提取疲劳热点影响线，并对所述有限元模型多次施加所述疲劳热点影响线，以得到如公式（1）所示的疲劳热点的疲劳寿命：
Figure 259005DEST_PATH_IMAGE036
（1）
其中，
Figure 641576DEST_PATH_IMAGE037
为桥梁钢结构疲劳热点的应力幅；
Figure 979016DEST_PATH_IMAGE038
为桥梁钢结构疲劳热点的应力幅
Figure 294591DEST_PATH_IMAGE039
对 应的疲劳寿命；m为桥梁钢结构负倒数常数，本实施例中，m=3；β为桥梁钢结构疲劳热点应力 集中系数；i对所述有限元模型施加所述疲劳热点影响线的次数，且i为大于或等于1的正整 数。
进一步的，如图4所示，若桥梁钢结构包括第一杆件U1、第二杆件U2以及第三杆件 U3，且所述第二杆件U2一端通过焊接连接所述第一杆件U1表面，形成焊接节点I（也即疲劳 热点），另一端连接所述第三杆件U3的一端，且所述第二杆件U2与第一杆件U1之间形成夹角 X1，所述第二杆件U2与第三杆件U3之间形成夹角X2，则按照公式（2）计算获得疲劳热点（即 焊接节点I）的应力幅
Figure 36282DEST_PATH_IMAGE028
：
Figure 561941DEST_PATH_IMAGE040
（2）
其中，w 1 为施加在第二杆件U2以及第三杆件U3连接处的外力，R A 为施加在第一杆件U1上的外力，γ 1为R A 的外力臂，γ 2为w 1 的外力臂，r为焊接节点I的受力力臂。
S400、按照Minner损伤理论，采用雨流计数法等计算桥梁钢结构的疲劳损伤累计，其包括如下步骤：
考虑混泥土桥梁疲劳损伤和车辆荷载的相关性，基于疲劳损伤的非线性增长趋势，以车辆总重作为自变量，根据公式（3）获取模拟的车辆荷载通过桥梁钢结构，以对疲劳热点反复加载应力幅时，疲劳热点的疲劳损伤度：
Figure 569650DEST_PATH_IMAGE041
（3）
其中，D为对疲劳热点反复加载应力幅后疲劳热点的损伤度，
Figure 739731DEST_PATH_IMAGE042
为第i次对疲劳热 点加载应力幅后疲劳热点的损伤度，
Figure 652324DEST_PATH_IMAGE043
为是第i级循环荷载（不同应力幅）的作用次数，
Figure 806224DEST_PATH_IMAGE044
是 第i次对疲劳热点加载应力幅后疲劳热点的疲劳寿命；
根据公式（3），按照应力幅
Figure 219888DEST_PATH_IMAGE045
加载，直至桥梁钢结构疲劳开裂，获取 i=max时的
Figure 244476DEST_PATH_IMAGE046
。
S500、基于模拟的车辆荷载，得到移动荷载引起的荷载历程
Figure 718183DEST_PATH_IMAGE047
，根据荷载历程
Figure 828221DEST_PATH_IMAGE047
获取桥梁钢结构疲劳开裂所需的循环次数N，其中荷载历程
Figure 655363DEST_PATH_IMAGE047
为：
Figure 924670DEST_PATH_IMAGE048
（5）
其中，
Figure 179065DEST_PATH_IMAGE049
，
Figure 635454DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure 528936DEST_PATH_IMAGE051
为材料常数，
Figure 262537DEST_PATH_IMAGE052
为桥梁钢结构疲劳热点的 应力幅的最小值。
S600、根据公式（6）计算出桥梁钢结构的剩余疲劳寿命；
Y=N/T（6）
其中，Y为桥梁钢结构剩余疲劳寿命；T为根据荷载历程单位时间周期内应力幅加载次数。
实施例2：
可以参照图6，本实施例提供了一种桥梁钢结构疲劳寿命计算系统，包括：
车辆载荷模拟器1，用于获取模拟的车辆荷载，所述的车辆载荷模拟器1中可以具有实施例1的步骤S100所示的获取车辆荷载的程序和算法，然后根据实施例1的步骤S100所示的方式获取模拟的车辆荷载；
有限元模型构建处理器2，用于根据桥梁钢结构的疲劳热点对疲劳热点建立有限元模型，所述的有限元模型构建处理器2中可以具有实施例1的步骤S200所示的获取有限元模型的程序和算法；
疲劳寿命计算机3，连接所述有限元模型构建处理器2，以根据所述有限元模型提取疲劳热点影响线，并用于对所述有限元模型多次施加所述疲劳热点影响线，进而得到所述疲劳热点的疲劳寿命；所述疲劳寿命计算机3可以具有实施例1的步骤S300所示的计算疲劳寿命的程序和算法；
疲劳损伤累计计算机4，连接所述疲劳寿命计算机3，用于获得桥梁钢结构疲劳开 裂时的应力幅；所述疲劳损伤累计计算机4可以具有实施例1的步骤S400所示的疲劳损伤累 计的程序和算法，以获取桥梁钢结构疲劳开裂时的应力幅
Figure 78046DEST_PATH_IMAGE053
；
荷载历程处理器5，连接所述车辆载荷模拟器1和所述疲劳损伤累计计算机4，用于根据荷载历程获取桥梁钢结构疲劳开裂所需的循环次数；所述荷载历程处理器5可以具有实施例1的步骤S500所示的荷载历程的程序和算法；
剩余疲劳寿命计算机6，连接所述荷载历程处理器5，用于根据桥梁钢结构疲劳开裂所需的循环次数计算出桥梁钢结构剩余疲劳寿命；所述剩余疲劳寿命计算机6可以具有实施例1的步骤S600所示的计算剩余疲劳寿命的程序和算法。
实施例3：
本实施例提供了一种桥梁钢结构疲劳寿命计算系统，包括：
车辆载荷模拟器1，用于获取模拟的车辆荷载；
有限元模型构建处理器2，用于根据桥梁钢结构的疲劳热点对疲劳热点建立有限元模型；
疲劳寿命计算机3，连接所述有限元模型构建处理器2，以根据所述有限元模型提取疲劳热点影响线，并用于对所述有限元模型多次施加所述疲劳热点影响线，进而得到所述疲劳热点的疲劳寿命；
疲劳损伤累计计算机4，连接所述疲劳寿命计算机3，用于获得桥梁钢结构疲劳开裂时的应力幅；
荷载历程处理器5，连接所述车辆载荷模拟器1和所述疲劳损伤累计计算机4，用于根据荷载历程获取桥梁钢结构疲劳开裂所需的循环次数；
剩余疲劳寿命计算机6，连接所述荷载历程处理器5，用于根据桥梁钢结构疲劳开裂所需的循环次数计算出桥梁钢结构剩余疲劳寿命。
具体的，所述疲劳寿命计算机3中具有疲劳寿命的计算模型：
Figure 897098DEST_PATH_IMAGE054
（1）
其中，
Figure 190676DEST_PATH_IMAGE055
为桥梁钢结构疲劳热点的应力幅；
Figure 778783DEST_PATH_IMAGE056
为桥梁钢结构疲劳热点的应力幅
Figure 765194DEST_PATH_IMAGE057
对 应的疲劳寿命；m为桥梁钢结构负倒数常数，m=3；β为桥梁钢结构疲劳热点应力集中系数；i 对所述有限元模型施加所述疲劳热点影响线的次数，且i为大于或等于1的正整数。
可以参照图4，所述桥梁钢结构包括第一杆件U1、第二杆件U2以及第三杆件U3，且 所述第二杆件U2一端通过焊接连接所述第一杆件U1表面，形成焊接节点I，即疲劳热点，另 一端连接所述第三杆件U3的一端，且所述第二杆件U2与第一杆件U1之间形成第一夹角X1， 所述第二杆件U2与第三杆件U3之间形成第二夹角X2，疲劳热点的应力幅
Figure 71541DEST_PATH_IMAGE058
为：
Figure 168810DEST_PATH_IMAGE059
（2）
其中，
Figure 611424DEST_PATH_IMAGE060
为施加在第二杆件U2以及第三杆件U3连接处的外力，
Figure 768736DEST_PATH_IMAGE061
为施加在第一杆 件U1上的外力，
Figure 562380DEST_PATH_IMAGE062
为
Figure 197760DEST_PATH_IMAGE063
的外力臂，
Figure 760460DEST_PATH_IMAGE064
为
Figure 88673DEST_PATH_IMAGE065
的外力臂，r为焊接节点I的受力力臂；
结合所述疲劳寿命的计算模型，可以获取与
Figure 106963DEST_PATH_IMAGE066
对应的疲劳寿命
Figure 811614DEST_PATH_IMAGE067
。
所述疲劳损伤累计计算机4中包含有疲劳热点的疲劳损伤度的获取模型：
Figure 228820DEST_PATH_IMAGE068
（3）
其中，D为对疲劳热点反复加载应力幅后疲劳热点的损伤度，
Figure 727934DEST_PATH_IMAGE069
为第i次对疲劳热 点加载应力幅后疲劳热点的损伤度，
Figure 230591DEST_PATH_IMAGE070
为是第i级循环荷载（不同应力幅）的作用次数 ，
Figure 207774DEST_PATH_IMAGE071
是 第i次对疲劳热点加载应力幅后疲劳热点的疲劳寿命；
利用公式（3）按照应力幅
Figure 745066DEST_PATH_IMAGE072
加载，直至桥梁钢结构疲劳开裂，获取i =max时的应力幅
Figure 415082DEST_PATH_IMAGE073
；
所述剩余疲劳寿命计算机6中具有计算出桥梁钢结构的剩余疲劳寿命Y的模型：
Y=N/T
其中，Y为桥梁钢结构剩余疲劳寿命，T为根据荷载历程单位时间周期内应力幅加载次数，N为桥梁钢结构疲劳开裂所需的循环次数。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种桥梁钢结构疲劳寿命计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、车辆载荷模拟，以此计算出模拟的车辆荷载：
S200、对桥梁钢结构的疲劳热点进行有限元模型建立；
S300、根据所述有限元模型提取疲劳热点影响线，并对所述有限元模型多次施加所述疲劳热点影响线，以得到所述疲劳热点的疲劳寿命；
S400、计算桥梁钢结构的疲劳损伤累计，获得桥梁钢结构疲劳开裂时的应力幅
Figure 16369DEST_PATH_IMAGE001
；
S500、基于模拟的车辆荷载，得到移动荷载引起的荷载历程
Figure 730247DEST_PATH_IMAGE002
，根据荷载历程
Figure 854192DEST_PATH_IMAGE003
获取 桥梁钢结构疲劳开裂所需的循环次数N，其中荷载历程
Figure 718243DEST_PATH_IMAGE003
为：
Figure 126090DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 417395DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 28636DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 696377DEST_PATH_IMAGE007
为材料常数，
Figure 958731DEST_PATH_IMAGE008
为桥梁钢结构疲劳热点的应力幅 的最小值；
S600、计算出桥梁钢结构的剩余疲劳寿命Y：
Y=N/T
其中，Y为桥梁钢结构剩余疲劳寿命，T为根据荷载历程单位时间周期内应力幅加载次数。
2.如权利要求1所述的桥梁钢结构疲劳寿命计算方法，其特征在于：S100中，车辆载荷模拟的步骤包括：
S11、使车辆通过动态称重系统，以获取车辆测量数据，其中，所述车辆测量数据包括：重车比重、车速、各车道交通量、总交通量、车辆轴重、车辆轴距、车头时距、车重中的一种或几种；
S12、对Monte-carlo抽样程序进行编制，且根据编制后的Monte-carlo抽样程序对所述车辆测量数据进行模拟抽样，以此计算出模拟的车辆荷载。
3.如权利要求2所述的桥梁钢结构疲劳寿命计算方法，其特征在于：S12具体还包括：对所述车辆测量数据进行随机抽样，再将抽样值逐个代入功能函数式进行计算，并根据计算结果确定桥梁钢结构是否失效，并从中得出桥梁钢结构的失效概率，该失效概率所对应的车辆载荷即为所述模拟的车辆荷载。
4.如权利要求1所述的桥梁钢结构疲劳寿命计算方法，其特征在于：所述桥梁钢结构包括钢桁架梁正交异型钢桥面板，所述疲劳热点包括桥梁钢结构各板材之间的焊缝位置。
5.如权利要求1所述的桥梁钢结构疲劳寿命计算方法，其特征在于：疲劳寿命的计算模型为：
Figure 420937DEST_PATH_IMAGE009
其中，
Figure 519474DEST_PATH_IMAGE010
为桥梁钢结构疲劳热点的应力幅；
Figure 725327DEST_PATH_IMAGE011
为桥梁钢结构疲劳热点的应力幅
Figure 842188DEST_PATH_IMAGE012
对应的 疲劳寿命；m为桥梁钢结构负倒数常数；β为桥梁钢结构疲劳热点应力集中系数；i对所述有 限元模型施加所述疲劳热点影响线的次数，且i为大于或等于1的正整数。
6.如权利要求1所述的桥梁钢结构疲劳寿命计算方法，其特征在于：疲劳热点的疲劳损伤度的获取模型为：
Figure 740874DEST_PATH_IMAGE013
其中，D为对疲劳热点反复加载应力幅后疲劳热点的损伤度，
Figure 329637DEST_PATH_IMAGE014
为第i次对疲劳热点加载 应力幅后疲劳热点的损伤度，
Figure 73602DEST_PATH_IMAGE015
为是第i级循环荷载的作用次数 ，
Figure 44969DEST_PATH_IMAGE016
是第i次对疲劳热点加 载应力幅后疲劳热点的疲劳寿命；
然后按照应力幅
Figure 848977DEST_PATH_IMAGE017
加载，直至桥梁钢结构疲劳开裂，获取i=max时的应力 幅
Figure 922106DEST_PATH_IMAGE018
。
7.一种用于实现权利要求1所述桥梁钢结构疲劳寿命计算方法的桥梁钢结构疲劳寿命计算系统，其特征在于，包括：
车辆载荷模拟器，用于获取模拟的车辆荷载；
有限元模型构建处理器，用于根据桥梁钢结构的疲劳热点对疲劳热点建立有限元模型；
疲劳寿命计算机，连接所述有限元模型构建处理器，以根据所述有限元模型提取疲劳热点影响线，并用于对所述有限元模型多次施加所述疲劳热点影响线，进而得到所述疲劳热点的疲劳寿命；
疲劳损伤累计计算机，连接所述疲劳寿命计算机，用于获得桥梁钢结构疲劳开裂时的应力幅；
荷载历程处理器，连接所述车辆载荷模拟器和所述疲劳损伤累计计算机，用于根据荷载历程获取桥梁钢结构疲劳开裂所需的循环次数；
剩余疲劳寿命计算机，连接所述荷载历程处理器，用于根据桥梁钢结构疲劳开裂所需的循环次数计算出桥梁钢结构剩余疲劳寿命。
8.如权利要求7所述的桥梁钢结构疲劳寿命计算系统，其特征在于：所述疲劳寿命计算机中具有疲劳寿命的计算模型：
Figure 469762DEST_PATH_IMAGE019
（1）
其中，
Figure 561215DEST_PATH_IMAGE020
为桥梁钢结构疲劳热点的应力幅；
Figure 801703DEST_PATH_IMAGE021
为桥梁钢结构疲劳热点的应力幅
Figure 96550DEST_PATH_IMAGE022
对应的 疲劳寿命；m为桥梁钢结构负倒数常数；β为桥梁钢结构疲劳热点应力集中系数；i对所述有 限元模型施加所述疲劳热点影响线的次数，且i为大于或等于1的正整数。
9.如权利要求8所述的桥梁钢结构疲劳寿命计算系统，其特征在于：所述桥梁钢结构包 括第一杆件、第二杆件以及第三杆件，且所述第二杆件一端通过焊接连接所述第一杆件表 面，形成焊接节点，即疲劳热点，另一端连接所述第三杆件的一端，且所述第二杆件与第一 杆件之间形成第一夹角，所述第二杆件与第三杆件之间形成第二夹角，疲劳热点的应力幅
Figure 447896DEST_PATH_IMAGE023
为：
Figure 393856DEST_PATH_IMAGE024
（2）
其中，
Figure 805246DEST_PATH_IMAGE025
为施加在第二杆件以及第三杆件连接处的外力，
Figure 587388DEST_PATH_IMAGE026
为施加在第一杆件上的外 力
Figure 335901DEST_PATH_IMAGE027
为
Figure 542891DEST_PATH_IMAGE028
的外力臂，
Figure 732040DEST_PATH_IMAGE029
为
Figure 126112DEST_PATH_IMAGE030
的外力臂，r为焊接节点I的受力力臂；
结合所述疲劳寿命的计算模型(1)，可以获取与应力幅
Figure 819262DEST_PATH_IMAGE031
对应的疲劳寿命
Figure 693808DEST_PATH_IMAGE032
。
10.如权利要求8所述的桥梁钢结构疲劳寿命计算系统，其特征在于：所述疲劳损伤累计计算机中具有疲劳热点的疲劳损伤度获取模型：
Figure 447000DEST_PATH_IMAGE033
（3）
其中，D为对疲劳热点反复加载应力幅后疲劳热点的损伤度，
Figure 453002DEST_PATH_IMAGE034
为第i次对疲劳热点加载 应力幅后疲劳热点的损伤度，
Figure 684263DEST_PATH_IMAGE035
为是第i级循环荷载的作用次数 ，
Figure 210054DEST_PATH_IMAGE036
是第i次对疲劳热点加 载应力幅后疲劳热点的疲劳寿命；
利用公式（3）按照应力幅
Figure 868568DEST_PATH_IMAGE037
加载，直至桥梁钢结构疲劳开裂，获取i=max 时的应力幅
Figure 361867DEST_PATH_IMAGE038
；
所述剩余疲劳寿命计算机中具有计算出桥梁钢结构的剩余疲劳寿命Y的模型：
Y=N/T
其中，Y为桥梁钢结构剩余疲劳寿命，T为根据荷载历程单位时间周期内应力幅加载次数，N为桥梁钢结构疲劳开裂所需的循环次数。
CN202210065452.2A 2022-01-20 2022-01-20 一种桥梁钢结构疲劳寿命计算方法及系统 Active CN114117622B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210065452.2A CN114117622B (zh) 2022-01-20 2022-01-20 一种桥梁钢结构疲劳寿命计算方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210065452.2A CN114117622B (zh) 2022-01-20 2022-01-20 一种桥梁钢结构疲劳寿命计算方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114117622A CN114117622A (zh) 2022-03-01
CN114117622B true CN114117622B (zh) 2022-04-19

Family

ID=80360948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210065452.2A Active CN114117622B (zh) 2022-01-20 2022-01-20 一种桥梁钢结构疲劳寿命计算方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114117622B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7473141B1 (ja) 2023-07-21 2024-04-23 国立大学法人東北大学 応力影響線の算出方法及び鋼床版の疲労評価方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115408754B (zh) * 2022-09-05 2024-03-12 北京交通大学 一种考虑时变效应的组合梁桥动力疲劳性能分析方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107025374A (zh) * 2017-03-10 2017-08-08 东南大学 一种焊接钢桥结构的疲劳寿命计算方法
CN112685836A (zh) * 2020-12-31 2021-04-20 江铃汽车股份有限公司 一种车身焊点疲劳度评估方法、存储介质及设备
CN113868749A (zh) * 2021-10-19 2021-12-31 大连理工大学 一种基于车辆动态称重数据的车致桥梁疲劳损伤分析方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10311202B2 (en) * 2016-04-11 2019-06-04 Airbus Helicopters Deutschland GmbH Probabilistic load and damage modeling for fatigue life management

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107025374A (zh) * 2017-03-10 2017-08-08 东南大学 一种焊接钢桥结构的疲劳寿命计算方法
CN112685836A (zh) * 2020-12-31 2021-04-20 江铃汽车股份有限公司 一种车身焊点疲劳度评估方法、存储介质及设备
CN113868749A (zh) * 2021-10-19 2021-12-31 大连理工大学 一种基于车辆动态称重数据的车致桥梁疲劳损伤分析方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于有限元的复合钢混凝土桥梁热点应力分析;刘源;《公路工程》;20181020(第05期);264-269 *
控制记忆型根管锉抗疲劳性能的体外研究;潘福勤等;《现代口腔医学杂志》;20160119(第01期);30-33 *
杭瑞高速公路洞庭湖大桥主桥设计及关键技术研究;曾满良 等;《铁道建筑》;20200220;40-44 *
超载对装配式梁桥横向联系疲劳损伤的影响;李岩等;《深圳大学学报(理工版)》;20201231(第02期);52-58 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7473141B1 (ja) 2023-07-21 2024-04-23 国立大学法人東北大学 応力影響線の算出方法及び鋼床版の疲労評価方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114117622A (zh) 2022-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114117622B (zh) 一种桥梁钢结构疲劳寿命计算方法及系统
Alamdari et al. Damage diagnosis in bridge structures using rotation influence line: Validation on a cable-stayed bridge
Ye et al. A state-of-the-art review on fatigue life assessment of steel bridges
Marques et al. Fatigue analysis of a railway bridge based on fracture mechanics and local modelling of riveted connections
Maljaars et al. Fatigue resistance of the deck plate in steel orthotropic deck structures
Erdenebat et al. The Deformation Area Difference (DAD) method for condition assessment of reinforced structures
Lukić et al. Probabilistic assessment of welded joints versus fatigue and fracture
CN103246766B (zh) 梁桥的主梁实际弯矩推算方法及梁桥承载能力评定方法
Li et al. Determination of effective stress range and its application on fatigue stress assessment of existing bridges
Tilly et al. Variable amplitude fatigue in relation to highway bridges
Menghini et al. A local response function approach for the stress investigation of a centenarian steel railway bridge
Wang et al. Parametric equations for notch stress concentration factors of rib—deck welds under bending loading
Ismail et al. Examining the trend in loss of flexural stiffness of simply supported RC beams with various crack severity using model updating
Dudás et al. Assessment of fatigue behaviour of orthotropic steel bridge decks using monitoring system
Mashayekhi et al. Fatigue assessment of the gusset-less connection using field data and numerical model
Hołowaty Live load distribution for assessment of highway bridges in american and european codes
Zhou et al. A Whole-Range S–N Curve for Fatigue Assessment of Steel Orthotropic Bridge Decks
Bursi et al. Probabilistic analysis of a twin deck curved cable-stayed footbridge subjected to multiple inputs and corrosion
Wu et al. Fatigue behaviour of root crack in stiffener-to-deck plate weld at crossbeam of orthotropic bridge decks
Vican et al. Real behaviour and remaining lifetime of bridge structures
Gebre Fatigue Life Assessment of Rib to Deck Welded Joint of the Hardanger Bridge–a Realistic Traffic Loading of FEM
Fil et al. On studying the R&D support and the bridge structure monitoring
Tangri et al. A Review on Analysis of Damage Diagnosis and the Vibration Characteristics of Steel Bridge Structures
Sumangala et al. A new procedure for damage assessment of prestressed concrete beams using artificial neural network
Korzeniowski et al. Improved fatigue evaluation of Göta Älv bridge using monitoring data

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant