考虑非线性累积损伤的桥梁疲劳寿命分析.pdf

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1、第５６卷第４期大连理工大学学报Ｖｏｌ．５６，Ｎｏ．４２０１６年７月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＪｕｌｙ２０１６文章编号：１０００－８６０８（２０１６）０４－０３６２－０５考虑非线性累积损伤的桥梁疲劳寿命分析王会利＊１，２，秦泗凤３，谭岩斌１（１．大连理工大学桥梁工程研究所，辽宁大连１１６０２４；２．华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广东广州５１０６４０；３．大连大学材料破坏力学数值试验研究中心，辽宁大连１１６６２２）摘要：为了准确反映桥梁非线性累积损伤，建立了桥梁非线性累积损伤模型，并分析了模型中主要参数对桥梁疲劳寿命的影响．首先

2、，基于损伤力学理论，引入桥梁非线性累积损伤模型和对应的等效应力幅计算公式．然后，分析模型中主要参数对结构疲劳性能的影响．最后，用桥梁非线性累积损伤模型和Ｍｉｎｅｒ模型分析大连某大桥的疲劳性能．研究发现，随着材料参数α的减小，结构损伤增大，并且等效应力幅是影响结构损伤的主要因素．桥梁非线性累积损伤模型能准确反映实际的非线性累积损伤过程，而Ｍｉｎｅｒ模型偏保守．关键词：非线性累积损伤；疲劳寿命；Ｍｉｎｅｒ模型；参数分析中图分类号：ＴＵ３１１；Ｐ３１５．９文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．７５１１／ｄｌｌｇｘｂ２０１６０４００６［６］０引言情况；陈志为等针对大跨多荷载桥梁结构疲劳非线性累积损伤过

3、程中的大量不确定性，对火车、汽疲劳破坏是钢桥主要的破坏形式之一．据美车与风荷载作用下的大跨悬索桥，利用连续损伤国土木工程师协会统计，８０％～９０％的钢桥破坏［９］模型提出了一种疲劳可靠度评估方法．本文在［１］与疲劳有关．研究结构疲劳通常采用断裂力学、前人的研究基础上，分析非线性累积损伤模型中损伤力学等，它们属于破坏力学范畴．一般认为，主要参数对结构疲劳性能的影响，并基于该模型，一个完好的结构，内部也有微观缺陷，在反复荷载分析某桥的疲劳寿命，与Ｍｉｎｅｒ模型相互对比．作用下，微观缺陷逐步形成０．１～１．０ｍｍ的微观１非线性累积损伤模型裂纹，这个过程属于损伤力学研究的范畴．之后，微观裂纹

4、逐步扩展为宏观裂纹，直至裂纹失稳，这损伤力学研究含有各类微缺陷的变形固体，［２］个过程属于断裂力学研究的范畴．现有的结构这些微缺陷可视为连续地分布在固体或材料内损伤分析中，大多数采用Ｍｉｎｅｒ理论，它是疲劳部．连续损伤力学中定义损伤指标为累积损伤理论中最简单的，得到了工程技术人员ａ槇Ｄ＝１－［３］ａ的广泛应用．但是Ｍｉｎｅｒ理论是线性的，不能准式中：ａ为名义横截面面积，ａ槇为考虑损伤后的有确反映实际的非线性累积损伤过程，将其应用于以效截面面积．疲劳评估为目标的分析计算时，与实际非线性累积Ｌｅｍａｉｔｒｅ基于连续介质热力学和耗散能理［４］损伤过程有较大偏差．为此，黄洪钟等提出了剩［２］

5、论，建立了高周疲劳损伤演化方程：［５］余强度衰减退化的非线性累积损伤准则；Ｌｉ等提２β烄Ｒｖσｅｑσｅｑ－σｅｑ〈σ．〉；σ＊［６－８］；Ｌｉ等．αｅｑ≥σｆ出了桥梁结构疲劳非线性累积损伤模型Ｄ＝烅Ｂ（１－Ｄ）（１）＊采用连续非线性损伤模型分析了青马大桥的损伤烆０；σ＜σｆ收稿日期：２０１６－０１－１２；修回日期：２０１６－０５－１２．基金项目：国家留学基金资助项目（２０１５０６０６００４４，２０１５０８２１０２４７）；辽宁省教育厅科学研究一般项目（Ｌ２０１４０２７）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（ＤＵＴ１５ＱＹ３４）；亚热带建筑科学国家重点实验室开放基金资助项目（２０１４

6、ＫＢ１１）．作者简介：王会利＊（１９７９－），男，博士，副教授，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｈｕｉｌｉ＠ｄｌｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．第４期王会利等：考虑非线性累积损伤的桥梁疲劳寿命分析３６３式中：Ｂ、α、β是材料常数；σｅｑ为ｖｏｎＭｉｓｅｓ等效应上述方程的特殊形式为．．力；σｆ为疲劳应力极限；Ｄ为损伤变化率；σｅｑ为δＤＮｔΔσβｅｆ＋３＝α（９）等效应力变化率．符号〈〉是ＭｃＣａｕｌｅｙ括号，即表δＮｂｌＢ（β＋３）（１－Ｄ）ｉ＊根据损伤等效原则，可得基于连续损伤力学示当ｘ＞０时，〈ｘ〉＝ｘ；当ｘ＜０时，〈ｘ〉＝０．σ为的等效应力幅为损伤等效应力，在塑性阶段就是ｖｏｎＭｉｓｅｓ等效１应力．

7、Ｒ是三轴应力函数．在单轴应力状态下，式ｎｉβ＋３β＋３ｖΔσｅｆ＝｛∑［（σａｉ＋２σｍｉ）σａｉ］２｝（１０）Ｎｔｉ（１）可以简化为其中ｎｉ为应力幅等于σａ的循环数．２β．烄σσ－σｍ〈σ．〉；σ＊≥σｆαＤ＝烅Ｂ（１－Ｄ）（２）３模型参数分析＊烆０；σ＜σｆ式（７）中，Ｂ、α、β是材料常数，需要通过等效其中σ为轴向应力，σｍ为平均应力．为了便于分应力幅周期循环荷载下的不同应力比Ｗｏｅｈｌｅｒ析，先忽略平均应力的影响（σｍ＝０），并不计（１－［６］α曲线