基于修正韧性耗散损伤的非线性疲劳可靠性分析

在反复循环荷载作用下构件或材料易出现疲劳损伤,导致结构出现突发性疲劳脆性破坏,故需对构件或材料的疲劳损伤进行精确评价,避免灾害性事故发生。但现有的疲劳损伤评价模型为了简化分析,常忽略了荷载顺序和相互作用等效应,使得疲劳损伤分析精度不足,为此,需对构件或材料的疲劳损伤模型进行改进,使其能够精确评价疲劳损伤。基于叶笃毅提出的疲劳损伤模型,推导材料的多级疲劳损伤模型。在此基础上,通过提出对数应力平方比的幂函数等效形式来考虑荷载相互作用效应,并应用所提等效规则,结合叶笃毅多幅级疲劳模型,推导多级载荷作用下非线性疲劳损伤累积改进模型,使疲劳模型能够考虑多级荷载的顺序和相互作用效应。基于所提改进模型建立材料疲劳极限状态方程,应用概率密度演化方法对极限状态方程进行求解,并建立求解过程,分析得到材料非线性时变疲劳可靠度。最后采用材料疲劳试验对所提模型在疲劳寿命预测和可靠度分析中的准确性进行验证。研究结果表明：所建立的模型疲劳寿命预测误差最小可达1%,可靠度分析精度提高30%,表明模型具有更高精度,能够应用于工程实际。     

基于概率密度演化的斜拉索多级变幅时变疲劳可靠度分析

拉索是斜拉桥的主要受力构件,在车辆、风等交变荷载作用下易发生多级变幅疲劳损伤,而经典可靠度方法预测多级变幅时变疲劳可靠度难度大且计算效率低。针对这一问题,提出一种高效的多级变幅斜拉索时变疲劳可靠度预测方法。基于Miner累积损伤理论,建立同时考虑荷载和材料随机性的变幅疲劳损伤概率演化模型;构建应力幅出现频率指标,解决多级变幅疲劳损伤演化过程中偏微分方程难以确定问题,通过概率密度演化方法精确计算多级变幅时变疲劳可靠度,并采用五级变幅材料试验数据和某桥梁斜拉索的模拟数据验证所提方法的可行性。结果表明：所提方法的计算效率远高于蒙特卡洛方法;在小概率失效时,其计算精度高于蒙特卡洛方法。     

考虑氯离子侵蚀的钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度

基于混凝土中氯离子扩散及其引起钢筋锈蚀的机理,提出了钢筋面积随时间变化的公式.根据锈蚀钢筋疲劳试验,提出了反映钢筋疲劳性能的疲劳强度时变模型.基于上述模型,运用线性累积损伤法则和蒙特卡罗方法,对钢筋混凝土桥梁进行疲劳可靠性分析,计算其时变疲劳可靠度.结果表明:氯离子侵蚀作用下,钢筋有效截面减小和疲劳性能衰减显著降低桥梁结构的疲劳可靠指标.本文建立的计算模型能够为结构疲劳可靠性的鉴定以及结构构件的维修决策提供有效参考.     

钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度分析

考虑钢筋疲劳强度随时间变化,提出疲劳强度时变模型.在此基础上对钢筋混凝土桥梁进行疲劳可靠度分析.基于混凝土碳化模型和钢筋锈蚀深度公式推导钢筋截面面积随时间变化公式.根据试验数据,提出S-N曲线中疲劳强度系数下降的疲劳强度时变模型.基于钢筋截面面积和疲劳强度时变,运用极限损伤度法和改进的一次二阶矩法,求解失效概率与疲劳可靠指标,然后根据选定的目标可靠指标获得桥梁的剩余寿命.算例表明:考虑和不考虑钢筋截面面积随时间的变化,对钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度计算的影响较大;在桥梁的钢筋锈蚀到一定程度后,考虑和不考虑钢筋疲劳强度随时间的变化,对钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度计算有明显的影响.     

均布荷载下钢筋混凝土梁的非线性分析

讨论了钢筋混凝土梁在均布荷载下非线性分析时的几种分析模型,利用通用有限元分析软件ANSYS对模型进行了计算,并通过分析计算结果得出了一些有益结论.     

CRTSⅡ型无砟轨道板疲劳时变可靠度研究

针对CRTSⅡ型轨道板疲劳的潜在失效模式,依据混凝土材料的疲劳性能,建立列车荷载与温度荷载共同作用下CRTSⅡ型轨道板混凝土疲劳功能函数,利用该功能函数开展基于时变可靠度理论的CRTSⅡ型轨道板疲劳时变可靠性研究。时变可靠度、时点可靠度及蒙特卡洛的计算结果对比表明:时点可靠度方法的计算结果与蒙特卡洛结果有较大误差,而本文采用的时变可靠度方法的计算结果与蒙特卡洛方法的输出结果几乎一致,说明本文方法计算精度较高。算例结果表明,在轨道板服役后期,轨道板纵向轨下截面处受拉边缘纤维混凝土容易发生弯拉疲劳开裂,这说明作为主要承受疲劳荷载(循环次数较多、荷载较大)的构件,轨道板的抗疲劳性能需进一步加强。     

桥上CRTS Ⅱ型底座板疲劳时变可靠性研究

主要研究桥上CRTS Ⅱ型底座板在列车荷载、温度荷载、桥梁变形共同作用下的疲劳时变可靠性。为探讨列车荷载、温度梯度、桥梁变形的作用效应,依据CRTS Ⅱ型底座板混凝土、钢筋的疲劳性能,建立列车荷载、温度荷载、桥梁变形共同作用下的CRTS Ⅱ型底座板混凝土弯压和钢筋弯拉时的疲劳时变极限状态函数,分析混凝土疲劳强度、温度梯度、混凝土疲劳弹性模量、桥梁变形曲率、模型不确定系数、列车荷载产生弯矩的统计特征,采用PHI2方法开展底座板疲劳时变可靠性分析,并与传统时点可靠度方法的分析结果做对比,探讨底座板疲劳时变可靠指标对列车荷载、温度梯度、桥梁变形曲率的敏感性。研究结果表明：在底座板服役期内,底座板轨下截面处的混凝土弯压和钢筋弯拉的疲劳时变可靠指标均满足规范要求;传统时点可靠度方法求得的可靠指标偏大,给CRTS Ⅱ型轨道结构营运带来安全隐患;桥梁变形曲率的变化对疲劳可靠指标的影响最大,列车荷载的影响相对较小,温度梯度对可靠指标几乎无影响;荷载参数的均值大于变异系数对可靠指标的影响。研究成果可辅助确定CRTS Ⅱ型底座板养护维修的时间和方式,为高速铁路结构的运维提供理论参考。     

考虑时变可靠度的接触网检修计划智能编制方法

针对接触网检修计划人工编制存在效率低、错误多等问题,从状态检修角度出发,利用威布尔分布描述接触网设备可靠度的时变特性,引入役龄回退因子考虑检修作业对接触网可靠度的影响,建立了基于时变可靠度区间的接触网检修计划编制模型,以接触网运行可靠度最大与检修作业路径成本最低为优化目标,利用启发式求解算法对优化模型进行求解.实际算例...     

在役隧道结构多失效模式时变可靠性研究

隧道衬砌结构服役寿命期内的可靠性研究对隧道安全管理具有重要意义。对于混凝土衬砌而言,在服役过程中受到多种时变因素的共同作用,结构存在多种失效模式。为此,提出基于抗力衰减控制、最大裂缝宽度控制和混凝土碳化深度控制的多失效模式的服役隧道衬砌结构时变可靠度分析方法,采用概率故障树模型构建衬砌多失效模式系统可靠度分析模型,利用JC法计算结构的可靠度指标和失效概率,分析衬砌结构可靠度服役期内的变化规律和不同失效模式对可靠性的影响。将该方法进一步应用于某一病害隧道的可靠度分析中,结果表明:随着服役时间的不断增长,结构的可靠度指标不断降低,且多失效模式下的结构失效概率高于单一失效模式。拱顶处相比于其他位置失效概率较高,抗力衰减失效模式对结构可靠性影响最大。模型可以较为合理地反映结构的可靠度水平及变化规律,为衬砌结构可靠性评价提供一种科学合理的参考方法。     

考虑斜拉桥非线性的车桥耦合振动分析

文章介绍了一种在车桥耦合系统动力响应中考虑特大跨度斜拉桥百线性的分析方法。首先对一个经常被用来模拟缆索的有限单元作了简要说明，指出了其应用在斜拉桥中时存在的问题，介绍了一种新的高精度非线 性悬帘线索单元以及如何用来求解单根绳索受端点运动激励时的非线性动力响应问题，并用绳索参数共振的一个例子来说明了方法的有效性，同时也简要说明了斜拉桥整体结构非线性动力响应的叠代求解方法。文章重点介绍了一座铁路斜拉桥在高速移动列车荷载作用下桥梁、绳索的振动，并揭示了由斜拉桥主梁、索塔引起绳索高阶模态共振的现象。文章指出对于研究余拉索的振动而言，其非线性是必须考虑的。     

跨海大桥小尺度下部结构非线性波浪荷载分析

为研究跨海大桥桩基、桥墩等小尺度下部结构波浪荷载的非线性特性,以平潭海峡大桥N01号桥墩为例,采用不可压缩流体的N-S方程以及VOF自由液面追踪法,通过FLUENT实现非线性波的二维数值模拟,进而分析非线性波浪速度场和波面变化的特点,并通过Morison方程对比桥墩和单桩在线性波和非线性波下波浪荷载的差异,同时,为进一步研究浅水区非线性波浪特点,对不同直径下桥墩非线性波浪荷载的影响进行研究。研究表明:对于深水区的单桩,非线性波的非线性作用不明显;对于浅水区的桥墩,非线性波与线性波波浪力差异有14%,非线性作用较为显著;随着直径的增加,桥墩发生非线性波浪力峰值滞后现象;在跨海大桥设计中,波浪荷载的非线性应予以重视。     

疲劳荷载作用下高强钢筋混凝土梁裂缝宽度计算

通过9根高强钢筋混凝土梁的疲劳试验,分析了疲劳荷载作用下高强钢筋混凝土梁的裂缝发展原因,依据黏结-滑移理论,探讨了高强钢筋混凝土梁疲劳裂缝宽度的计算方法,提出了相应公式,并将理论值和实测值进行了对比,两者符合良好.     

基于疲劳驱动力能量损伤参数修正的非线性疲劳寿命预测

针对疲劳驱动力能量模型中变幅载荷间交互因子难以确定的问题,考虑载荷大小次序、载荷间的干涉以及疲劳损伤程度等因素对变幅载荷作用下损伤累积规律的影响,在引入能量准则确定损伤参数的基础上,将变幅载荷应力比、载荷循环比、疲劳损伤程度引入载荷间交互因子的计算,建立分别采用载荷循环次数比和实时疲劳损伤对交互因子进行修正的改进非线性疲劳寿命预测模型。根据Q235B和铝合金2种常用材料的焊接接头在多级变幅载荷作用下的试验数据,对改进的疲劳寿命预测模型的预测能力进行验证。结果表明:在变幅载荷作用下,改进的疲劳寿命预测模型能有效地对焊接结构的疲劳寿命进行预测,相比其他模型更接近于试验结果,且模型中仅含有2个比较容易通过试验确定的常规参数,无需引入其他参数,便于应用于实际工程结构的分析及设计。     

时变滞后非线性随机大系统的指数稳定性

研究了一类变时滞非线性随机大系统的均方指数稳定性。利用高维Halany不等式、向量Lyapunov函数及M矩阵等工具得到了这类非线性随机大系统的稳定性判据。     

低周反复荷载作用下桁架组合梁非线性分析

采用ansys有限元软件,结合钢桁架-混凝土组合梁的受力特点和试验时的真实状况,建立桁架组合梁空间有限元模型,将计算结果与试验数据对比以证明此模型的适用性和合理性。计算结果表明有限元模拟与试验结果吻合较好,验证了有限元模型以及编制APDL命令流的正确性。应用编制的命令流得到另外一根不同桁架形式的桁架组合梁在水平低周反复荷载作用下的响应,考察该结构的抗震耗能性能。由滞回曲线分析可得,桁架组合梁在水平低周反复荷载作用下刚度和强度退化不明显,说明该结构具有较好的耗能能力,变形能力强,承载力较高,且其正向承载力比反向承载力高,可为实际工程抗震设计提供参考。     

列车荷载作用下平行钢丝拉索疲劳寿命评估

为研究列车荷载下平行钢丝拉索疲劳寿命,利用斜拉索内平行钢丝的疲劳寿命模型,基于Miner线性疲劳累积损伤准则推导了平行钢丝拉索任意一根钢丝疲劳破坏所经历的循环次数,采用Monte-Carlo方法模拟斜拉桥疲劳寿命的概率分布。以一座现役大跨径斜拉桥为背景工程,分别建立了有91根钢丝的普通拉索疲劳寿命模型和有109根钢丝的加强拉索疲劳寿命模型,研究了钢丝根数对拉索疲劳寿命的影响,计算了铁路荷载作用下该斜拉桥拉索寿命。结果表明:在10%的断丝率下,普通斜拉索和加强斜拉索疲劳寿命均服从正态分布且均值基本相同,普通斜拉索方差要大于加强斜拉索。两种斜拉索在仅考虑列车荷载作用下的疲劳寿命均远大于其设计寿命。     

基于高速列车振动荷载的桩-土-结构相互作用分析

通过总结高速列车振动荷载相关研究,给出高速列车振动荷载简化表达式。将端承桩看作连续分布水平弹簧-阻尼单元的动力Winkler地基梁模型,建立不考虑轴向力影响的动力平衡微分方程,利用Laplace变换求得动力荷载作用下的水平动力阻抗,通过群桩模型计算结果验证其频率相关性,随着荷载频率变化,水平动力阻抗出现大幅度振荡。建立86 m×142m×86 m 3跨高速铁路刚构桥有限元模型,分析高速列车通过时考虑与不考虑桩土相互作用的桥梁动力响应。对比计算结果,考虑桩-土相互作用的影响,结构将产生更大的位移响应,而上部结构节点力却相应减小;随着列车运行速度变化,桩土相互作用强度也同时发生改变;土层材料参数的变化也将影响桩-土相互作用强度,而且浅层土的影响大于深层土。     

列车循环荷载下交叠隧道结构疲劳寿命预测分析

基于南京地铁某双线四孔交叠隧道节点,建立了四孔交叠隧道-土体系统动力计算模型,分析列车循环荷载下隧道结构动力响应,基于Miner线性累积损伤理论与FE-SAFE疲劳寿命计算软件,研究交叠隧道结构疲劳寿命,探讨列车运行速度、交叠隧道净距对交叠隧道疲劳寿命的影响.研究结果表明:四孔交叠隧道具有动力放大效应,疲劳寿命薄弱点为...     

楔形刚性桩与桩周土的非线性相互作用

为探讨楔形桩的承载特性及沉降性状,本文以桩侧摩阻力分布满足双曲线模型和桩端阻力分布满足线性模型为基本假定,建立楔形刚性桩与桩周土非线性相互作用的力学模型。同时,利用荷载传递法及非线性分析的增量法,获得荷载-沉降关系等系列解析算式。算例结果表明,楔形桩侧壁倾角增大,桩侧摩阻力提高,桩与土之间的径向相互作用增强,单桩承载力提高。为了验证力学模型的可行性,对两根不同侧壁倾角的楔形桩进行模型实验,结果表明,本文建立的力学模型所得结果与实测结果吻合较好。     

交通荷载作用下土体黏弹塑性疲劳本构模型

路基工后沉降是路基填土在车辆动荷载及其自重作用下发生蠕变引起的,因此研究土体在交通荷载作用下的蠕变特性对预测路基工后沉降有较大意义。为利用流变力学理论成果,将车辆动荷载和路基土自重荷载简化的组合荷载做等效处理。基于分数阶微积分构建分数阶黏壶,将分数阶黏壶替换西原模型黏塑性体中常值黏性元件,即得到一种土体黏弹塑性疲劳本构模型。当组合荷载上限应力大于土体临界动应力时,模型为分数阶西原模型,可反映土体破坏型疲劳变形规律;反之,则为反映土体稳定型疲劳变形规律的广义Kelvin模型。结果表明:该模型能较好地描述交通荷载作用下土体疲劳变形特性,对试验数据拟合的相关系数在0.91以上。