專利名稱：一種鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼結(jié)構(gòu)橋梁，尤其涉及鋼結(jié)構(gòu)橋梁斷裂力學(xué)的測量方法，特別是一種鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法。
背景技術(shù)：
調(diào)查顯示，80％以上的鋼橋失效是疲勞以及斷裂造成的。我國橋梁至今尚未出現(xiàn)嚴(yán)重疲勞事故，但是這些橋梁的現(xiàn)狀也不容樂觀。我國有相當(dāng)一部分的鋼橋是解放前建造的，這些鋼橋承受著長期的環(huán)境腐蝕以及人為破壞，近年來，受到交通量不斷提高的影響，普遍存在著較為嚴(yán)重的疲勞隱患。1994年秋的一項統(tǒng)計表明，到當(dāng)時為止，運(yùn)營國有鐵路中有病害的橋梁達(dá)6137座，占總數(shù)的18.8％，其中鋼梁主要桿件裂損的有163座共329孔；鋼梁橋涂裝失效達(dá)2673孔；墩臺裂損或不穩(wěn)定的有393座計847處。隨著交通運(yùn)量以及車輛軸重的持續(xù)增加，這些橋梁失效破壞的可能性將愈來愈大?，F(xiàn)有技術(shù)中，國內(nèi)評估鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命主要采用韋勒曲線結(jié)合Miner損傷累計法進(jìn)行，此方法具體可為分為如下六個步驟1、首先建立結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，計算結(jié)構(gòu)影響線或影響面；2、采用實(shí)測交通荷載或者模擬交通荷載的方法確定各主要受力桿件的應(yīng)力歷程；3、采用統(tǒng)計方法(如雨流法或?yàn)a水池法)根據(jù)應(yīng)力歷程計算得到應(yīng)力譜；4、確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的細(xì)節(jié)分級，確定構(gòu)件對應(yīng)的韋勒曲線；5、根據(jù)應(yīng)力譜結(jié)合韋勒曲線計算結(jié)構(gòu)受到的疲勞損傷；6、由既有疲勞損傷，推斷橋梁剩余壽命。
現(xiàn)有技術(shù)中，鋼橋壽命計算方法較為簡單，但是卻面臨以下幾方面問題需要解決。
建立鋼橋結(jié)構(gòu)力學(xué)模型依據(jù)的是設(shè)計圖紙，但是結(jié)構(gòu)構(gòu)件在制作過程中存在施工誤差，拚裝中又進(jìn)一步帶來其它的誤差，而在使用中，結(jié)構(gòu)受到銹蝕，疲勞等環(huán)境作用，狀態(tài)又會進(jìn)一步改變，這導(dǎo)致所建力學(xué)模型與結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)不符。此外，由于鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)造復(fù)雜，以現(xiàn)有的計算能力還無法精確模擬結(jié)構(gòu)的所有細(xì)部構(gòu)造，這又加劇了力學(xué)模型與結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況的出入。
為了評定橋梁的疲勞損傷狀況，必須統(tǒng)計自橋梁運(yùn)營以來所有時段結(jié)構(gòu)的應(yīng)力譜。但我國許多鋼結(jié)構(gòu)橋梁都是建于解放前的，這些橋梁的歷史資料嚴(yán)重缺失，無法推斷這些橋梁的歷史荷載信息，因此這些橋梁的應(yīng)力譜數(shù)據(jù)的可信度不高。如果采用當(dāng)前運(yùn)營條件下的應(yīng)力譜模擬疲勞損傷，則使計算結(jié)果過于保守，甚至計算結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞。
計算中使用的應(yīng)力歷程可通過現(xiàn)場實(shí)測或者模擬得到，但實(shí)測僅能得到少數(shù)桿件的應(yīng)力歷程，而且肯定無法得到實(shí)測前時間段內(nèi)的應(yīng)力歷程，而采用模擬法，則無法確定模擬的精度，無法對計算誤差作出預(yù)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法，所述的這種鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中測量鋼橋結(jié)構(gòu)壽命方法中存在的不精確、不可靠的技術(shù)問題。
本發(fā)明的這種鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法，包括一個對鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件進(jìn)行超聲波探傷的過程，其中，在所述的對鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件進(jìn)行超聲波探傷的過程之前，按順序進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)的建模步驟、力學(xué)模型的修正步驟、交通荷載的建模步驟和交通荷載的修正步驟，在所述的對鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件進(jìn)行超聲波探傷的過程中，首先確定檢測構(gòu)件，其次架設(shè)操作支架，然后確定構(gòu)件的可能疲勞裂紋源位置，然后再進(jìn)行超聲波探傷檢測，并且記錄探傷結(jié)果，然后整理分析探傷結(jié)果，在所述的對鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件進(jìn)行超聲波探傷的過程完成之后，進(jìn)行斷裂力學(xué)模型的建模步驟，然后對鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件的裂紋擴(kuò)展壽命和設(shè)計規(guī)范進(jìn)行計算，評定鋼橋結(jié)構(gòu)技術(shù)狀態(tài)。
進(jìn)一步的，在所述的結(jié)構(gòu)力學(xué)的建模步驟中，包括調(diào)查橋梁圖紙資料、確定鋼橋結(jié)構(gòu)構(gòu)造細(xì)節(jié)、結(jié)構(gòu)簡化、計算結(jié)構(gòu)幾何特征參數(shù)和建模的步驟。
進(jìn)一步的，在所述的力學(xué)模型的修正步驟中，包括以下的過程根據(jù)3D力學(xué)模型初步確定橋梁的主要受力構(gòu)件，從主要受力構(gòu)件中挑選具有代表性的構(gòu)件作為靜動載試驗(yàn)的檢測對象，加工構(gòu)件并在構(gòu)件表面粘貼應(yīng)變片，設(shè)計加載工況，進(jìn)行靜動載試驗(yàn)以測量各代表性構(gòu)件的靜載應(yīng)力以及結(jié)構(gòu)撓度和頻率，對比模擬數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)分析差異出現(xiàn)原因并通過改變節(jié)點(diǎn)板位置單元的剛度和約束來調(diào)整模型，重復(fù)調(diào)整模型直到計算結(jié)果與實(shí)測值相差小于15％。
進(jìn)一步的，在所述的交通荷載的建模步驟中，將交通荷載按轎車、小客車、中客車、大客車、小貨車、中貨車、大貨車分類，以半小時為單位，對通過橋梁的車輛荷載進(jìn)行交通觀測，觀測時間為一周，觀測內(nèi)容包括車輛類型、車輛數(shù)量、車輛載重，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定車輛類型、車輛數(shù)量、車輛載重參數(shù)的數(shù)學(xué)期望和方差，再利用Monte Carlo法建立模擬交通荷載，模擬2個月的交通荷載。按實(shí)際統(tǒng)計到的比率模擬各類車輛出現(xiàn)的數(shù)量，用極值一型分布模擬車輛軸重，用對數(shù)正態(tài)分布模擬車輛間距，然后根據(jù)有限元模型計算橋梁各構(gòu)件的影響線或面，按照規(guī)范或?qū)崪y數(shù)據(jù)計算各桿件的沖擊系數(shù)，并對采用鉚釘或螺栓連接的結(jié)構(gòu)計算結(jié)構(gòu)凈截面系數(shù)，然后將荷載模型加載于影響線或面，并乘以沖擊系數(shù)和凈截面系數(shù)，計算得到各構(gòu)件的應(yīng)力歷程，最后根據(jù)雨流計數(shù)法統(tǒng)計結(jié)構(gòu)的疲勞應(yīng)力譜，統(tǒng)計內(nèi)容包括應(yīng)力峰值和谷值、以及應(yīng)力幅出現(xiàn)的次序。
進(jìn)一步的，在所述的交通荷載的修正步驟中，利用動載試驗(yàn)測點(diǎn)，實(shí)測一晝夜的構(gòu)件應(yīng)力歷程，采用雨流法統(tǒng)計計算得到構(gòu)件的實(shí)測應(yīng)力譜，在對數(shù)坐標(biāo)系下比較實(shí)測應(yīng)力譜與模擬應(yīng)力譜。
進(jìn)一步的，在所述的斷裂力學(xué)模型的建模步驟中，首先確定臨界構(gòu)件，其次根據(jù)各構(gòu)件的特點(diǎn)將其模擬為中心開孔構(gòu)件或兩側(cè)開孔構(gòu)件，確定構(gòu)件寬度，然后根據(jù)模擬應(yīng)力歷程，確定結(jié)構(gòu)可能承受的最大應(yīng)力，根據(jù)最大應(yīng)力確定結(jié)構(gòu)的臨界裂紋長度，然后計算從初始裂紋長度至臨界裂紋長度的擴(kuò)展時間，并判斷裂紋擴(kuò)展時間是否超過設(shè)計檢測間隔，然后對剩余壽命小于正常檢測間隔的構(gòu)件進(jìn)行加強(qiáng)。
進(jìn)一步的，所述的結(jié)構(gòu)簡化的步驟是使用3D空間梁單元模擬桁架橋各桿件，將橋面系上的鋪裝層、鋼板以及縱橫梁銜接處的焊接角鋼、T型鋼板等效為橋面系上的結(jié)點(diǎn)質(zhì)量，將人行道下的污水管與自來水管等管線重量均勻分配到附近縱梁的結(jié)點(diǎn)上，將橋上桁架中的三角托架部分換算為集中質(zhì)量加在主桁結(jié)點(diǎn)上，將桁架結(jié)點(diǎn)位置的粘板、補(bǔ)板、加強(qiáng)板、節(jié)點(diǎn)板等板材的重量都作為集中質(zhì)量加在結(jié)點(diǎn)上。
進(jìn)一步的，所述的對鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件進(jìn)行超聲波探傷的過程中采用超聲波橫波探傷方法。
進(jìn)一步的，構(gòu)件綴合成份板、角鋼并與鉚釘?shù)牟贾眯问椒謩e簡化到雙邊裂紋模型和中心裂紋模型，首先分析截面應(yīng)力，將容易斷裂的截面成份隔離出來，再將其簡化為有限寬帶裂紋板。
具體的，本發(fā)明中所述的超聲波探傷方法采用工業(yè)檢測領(lǐng)域的公知技術(shù)，在此不再贅述。
本發(fā)明與已有技術(shù)相對照，其效果是積極和明顯的。本發(fā)明采用超聲波橫波探傷方法檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的損傷程度，并利用斷裂力學(xué)方法計算結(jié)構(gòu)的剩余壽命，構(gòu)件荷載歷史的影響通過探傷得到，不必再考慮對過去荷載歷史的模擬。此外本發(fā)明采用實(shí)測數(shù)據(jù)對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，保證了結(jié)構(gòu)計算的精確程度，使結(jié)構(gòu)安全得到保證。
本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明一種鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法的一個優(yōu)選實(shí)施例的模塊示意圖。
圖2是本發(fā)明一種鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法的一個優(yōu)選實(shí)施例中的交通荷載的建模步驟中的斷裂力學(xué)模型簡化步驟的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明一種鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法，通過實(shí)測數(shù)據(jù)對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行修正提高了結(jié)構(gòu)計算的精度，所述的測量方法共分為七個步驟，分別為結(jié)構(gòu)力學(xué)建模1，力學(xué)模型修正2，交通荷載建模3，交通荷載修正4，超聲波探傷5，構(gòu)件斷裂力學(xué)模型建模6和橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀態(tài)評定7。
所述的第一步驟1共分為四個部分，第一是調(diào)查橋梁圖紙資料，確定結(jié)構(gòu)的所有構(gòu)造細(xì)節(jié)，第二進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡化，第三計算結(jié)構(gòu)幾何特征參數(shù)，第四進(jìn)行建模。
第二步驟2共分六個部分，第一是根據(jù)3D力學(xué)模型初步確定橋梁的主要受力構(gòu)件，第二從主要受力構(gòu)件中挑選具有代表性的構(gòu)件作為靜動載試驗(yàn)的檢測對象，第三加工構(gòu)件并在構(gòu)件表面粘貼應(yīng)變片，第四設(shè)計加載工況，第五進(jìn)行靜動載試驗(yàn)，測量各代表性構(gòu)件的靜載應(yīng)力，并測定結(jié)構(gòu)撓度和頻率，第六對比模擬數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)，分析出現(xiàn)差異的原因，通過改變節(jié)點(diǎn)板位置單元的剛度和約束來調(diào)整模型，直到計算結(jié)果與實(shí)測值相差小于15％。
第三步驟3共分為六個部分，第一將交通荷載按轎車、小客、中客、大客、小貨、中貨、大貨分類，第二以半小時為單位，對通過橋梁的車輛荷載進(jìn)行交通觀測，觀測時間為一周，觀測內(nèi)容包括車輛類型、車輛數(shù)量、車輛載重，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定這些參數(shù)的數(shù)學(xué)期望和方差，第三用MonteCarlo法建立模擬交通荷載，模擬2個月的交通荷載。按實(shí)際統(tǒng)計到的比率模擬各類車輛出現(xiàn)的數(shù)量，用極值一型分布模擬車輛軸重，用對數(shù)正態(tài)分布模擬車輛間距，第四根據(jù)有限元模型計算橋梁各構(gòu)件的影響線(面)，按照規(guī)范或?qū)崪y數(shù)據(jù)計算各桿件的沖擊系數(shù)，對采用鉚釘或螺栓連接的結(jié)構(gòu)，計算結(jié)構(gòu)的凈截面系數(shù)，第五將荷載模型加載于影響線(面)，并乘以沖擊系數(shù)和凈截面系數(shù)，計算得到各構(gòu)件的應(yīng)力歷程，第六根據(jù)雨流計數(shù)法統(tǒng)計結(jié)構(gòu)的疲勞應(yīng)力譜，統(tǒng)計內(nèi)容包括應(yīng)力峰值和谷值，以及應(yīng)力幅出現(xiàn)的次序。
第四步驟4共分為兩個部分，首先利用動載試驗(yàn)測點(diǎn)，實(shí)測一晝夜的構(gòu)件應(yīng)力歷程，采用雨流法統(tǒng)計計算得到構(gòu)件的實(shí)測應(yīng)力譜，在對數(shù)坐標(biāo)系下比較實(shí)測應(yīng)力譜與模擬應(yīng)力譜。
第五步驟5共分六個部分，第一確定檢測構(gòu)件，設(shè)計檢測表格，第二架設(shè)支架，保證超聲波探傷人員能到達(dá)需要探傷的部位，第三確定構(gòu)件的可能疲勞裂紋源位置，第四涂抹化學(xué)漿糊，進(jìn)行超聲波探傷檢測，第五記錄探傷結(jié)果，第六探傷結(jié)果整理分析。
第六步驟6分為五個部分，第一確定臨界構(gòu)件，第二根據(jù)各構(gòu)件的特點(diǎn)將其模擬為中心開孔構(gòu)件或兩側(cè)開孔構(gòu)件，確定構(gòu)件寬度，第三根據(jù)模擬應(yīng)力歷程，確定結(jié)構(gòu)可能承受的最大應(yīng)力，根據(jù)最大應(yīng)力確定結(jié)構(gòu)的臨界裂紋長度，第四計算從初始裂紋長度至臨界裂紋長度的擴(kuò)展時間，并驗(yàn)算裂紋擴(kuò)展時間是否超過正?？山邮艿臋z測間隔，第五對那些剩余壽命小于正常檢測間隔的構(gòu)件進(jìn)行加強(qiáng)以延長橋梁的剩余壽命，增大檢測間隔。
參照國外研究成果，本發(fā)明將構(gòu)件綴合成份板、角鋼并與鉚釘布置形式分別簡化到二種基本斷裂力學(xué)模型CCT，DECT。簡化過程如圖2所示，首先分析截面應(yīng)力，將容易斷裂的截面成份(圖中為角鋼)隔離出來，再將其簡化為有限寬帶裂紋板。中心裂紋記為CCT，雙邊裂紋記為DECT。對這二種基本型式，根據(jù)幾何比例a/w和作用應(yīng)力σappl可以求出應(yīng)力強(qiáng)度因子K或J積分值。
可以利用有限元方法作a-J曲線，首先利用對稱性，可按CCT與DECT的四分之一進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，對不同的裂紋長度a，只需改變裂尖局部有限元網(wǎng)格劃分。材料采用彈塑性和Mises屈服準(zhǔn)則，積分區(qū)域選取加密單元區(qū)外加外圍一圈單元，加密區(qū)虛擬函數(shù)取常值1.0。再讓a不斷增加至凈截面屈服時的裂紋長度aNCCT aN＝W(1-σmax/Rel)DECTaN=W2.25+4(1-σmax/Rel)-1.5W]]>按式計算各桿的aN。如果KI大于KIC，截面存在發(fā)生脆斷的可能，這時的臨界裂紋長度可按下式計算得到acr=(KICYσmax)2/π]]>式中Y-幾何修正因子；σmax-構(gòu)件承受的最大應(yīng)力。
按上述計算步驟所得臨界裂紋長度必須小于構(gòu)件成份實(shí)際所能承受的最大長度σmax，對于角鋼，試驗(yàn)證實(shí)臨界裂紋大小不能超過肢長。按以上的計算分析，最終確定的桿件斷裂失效臨界裂紋值為af＝min(aN，acr，amax)。
考慮裂紋增長區(qū)域I的過渡曲線，裂紋增長速度采用下列公式dadN=0ΔK≤ΔKthc(ΔKm-ΔKthm)ΔK>ΔKth]]>上式中的應(yīng)力強(qiáng)度因子變程按下式計算
ΔK=ΔσπaY]]>對于超聲波探測方法，必須考慮有一次漏檢的可能性，因此安全系數(shù)應(yīng)取2.0，即將剩余壽命除以2.0可得到探測間隔第七步驟7進(jìn)行兩方面的結(jié)果計算，一是各構(gòu)件的裂紋擴(kuò)展壽命，二是按設(shè)計規(guī)范計算，判斷各桿件是否合格，最終通過比較所述的第七步驟中的兩方面內(nèi)容就可以對橋梁的技術(shù)狀態(tài)做出評價。
本發(fā)明由于采用超聲波橫波探傷方法檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的損傷程度，并利用斷裂力學(xué)方法計算結(jié)構(gòu)的剩余壽命，構(gòu)件荷載歷史的影響通過探傷得到，不必再考慮對過去荷載歷史的模擬。由于采用實(shí)測數(shù)據(jù)對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，保證了結(jié)構(gòu)計算的精確程度，使結(jié)構(gòu)安全得到保證。
權(quán)利要求
1，一種鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法，包括一個對鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件進(jìn)行超聲波探傷的過程，其特征在于在所述的對鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件進(jìn)行超聲波探傷的過程之前，按順序進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)的建模步驟、力學(xué)模型的修正步驟、交通荷載的建模步驟和交通荷載的修正步驟，在所述的對鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件進(jìn)行超聲波探傷的過程中，首先確定檢測構(gòu)件，其次架設(shè)操作支架，然后確定構(gòu)件的可能疲勞裂紋源位置，然后再進(jìn)行超聲波探傷檢測，并且記錄探傷結(jié)果，然后整理分析探傷結(jié)果，在所述的對鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件進(jìn)行超聲波探傷的過程完成之后，進(jìn)行斷裂力學(xué)模型的建模步驟，然后對鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件的裂紋擴(kuò)展壽命和設(shè)計規(guī)范進(jìn)行計算，評定鋼橋結(jié)構(gòu)技術(shù)狀態(tài)。
2，如權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法，其特征在于在所述的結(jié)構(gòu)力學(xué)的建模步驟中，包括調(diào)查橋梁圖紙資料、確定鋼橋結(jié)構(gòu)構(gòu)造細(xì)節(jié)、結(jié)構(gòu)簡化、計算結(jié)構(gòu)幾何特征參數(shù)和建模的步驟。
3，如權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法，其特征在于在所述的力學(xué)模型的修正步驟中，包括以下的過程根據(jù)3D力學(xué)模型初步確定橋梁的主要受力構(gòu)件，從主要受力構(gòu)件中挑選具有代表性的構(gòu)件作為靜動載試驗(yàn)的檢測對象，加工構(gòu)件并在構(gòu)件表面粘貼應(yīng)變片，設(shè)計加載工況，進(jìn)行靜動載試驗(yàn)以測量各代表性構(gòu)件的靜載應(yīng)力以及結(jié)構(gòu)撓度和頻率，對比模擬數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)分析差異出現(xiàn)原因并通過改變節(jié)點(diǎn)板位置單元的剛度和約束來調(diào)整模型，重復(fù)調(diào)整模型直到計算結(jié)果與實(shí)測值相差小于15％。
4，如權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法，其特征在于在所述的交通荷載的建模步驟中，將交通荷載按轎車、小客車、中客車、大客車、小貨車、中貨車、大貨車分類，以半小時為單位，對通過橋梁的車輛荷載進(jìn)行交通觀測，觀測時間為一周，觀測內(nèi)容包括車輛類型、車輛數(shù)量、車輛載重，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定車輛類型、車輛數(shù)量、車輛載重參數(shù)的數(shù)學(xué)期望和方差，再利用Monte Carlo法建立模擬交通荷載，模擬2個月的交通荷載。按實(shí)際統(tǒng)計到的比率模擬各類車輛出現(xiàn)的數(shù)量，用極值一型分布模擬車輛軸重，用對數(shù)正態(tài)分布模擬車輛間距，然后根據(jù)有限元模型計算橋梁各構(gòu)件的影響線或面，按照規(guī)范或?qū)崪y數(shù)據(jù)計算各桿件的沖擊系數(shù)，并對采用鉚釘或螺栓連接的結(jié)構(gòu)計算結(jié)構(gòu)凈截面系數(shù)，然后將荷載模型加載于影響線或面，并乘以沖擊系數(shù)和凈截面系數(shù)，計算得到各構(gòu)件的應(yīng)力歷程，最后根據(jù)雨流計數(shù)法統(tǒng)計結(jié)構(gòu)的疲勞應(yīng)力譜，統(tǒng)計內(nèi)容包括應(yīng)力峰值和谷值、以及應(yīng)力幅出現(xiàn)的次序。
5，如權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法，其特征在于在所述的交通荷載的修正步驟中，利用動載試驗(yàn)測點(diǎn)，實(shí)測一晝夜的構(gòu)件應(yīng)力歷程，采用雨流法統(tǒng)計計算得到構(gòu)件的實(shí)測應(yīng)力譜，在對數(shù)坐標(biāo)系下比較實(shí)測應(yīng)力譜與模擬應(yīng)力譜。
6，如權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法，其特征在于在所述的斷裂力學(xué)模型的建模步驟中，首先確定臨界構(gòu)件，其次根據(jù)各構(gòu)件的特點(diǎn)將其模擬為中心開孔構(gòu)件或兩側(cè)開孔構(gòu)件，確定構(gòu)件寬度，然后根據(jù)模擬應(yīng)力歷程，確定結(jié)構(gòu)可能承受的最大應(yīng)力，根據(jù)最大應(yīng)力確定結(jié)構(gòu)的臨界裂紋長度，然后計算從初始裂紋長度至臨界裂紋長度的擴(kuò)展時間，并判斷裂紋擴(kuò)展時間是否超過設(shè)計檢測間隔，然后對剩余壽命小于正常檢測間隔的構(gòu)件進(jìn)行加強(qiáng)。
7，如權(quán)利要求2所述的鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法，其特征在于所述的結(jié)構(gòu)簡化的步驟是使用3D空間梁單元模擬桁架橋各桿件，將橋面系上的鋪裝層、鋼板以及縱橫梁銜接處的焊接角鋼、T型鋼板等效為橋面系上的結(jié)點(diǎn)質(zhì)量，將人行道下的污水管與自來水管等管線重量均勻分配到附近縱梁的結(jié)點(diǎn)上，將橋上桁架中的三角托架部分換算為集中質(zhì)量加在主桁結(jié)點(diǎn)上，將桁架結(jié)點(diǎn)位置的粘板、補(bǔ)板、加強(qiáng)板、節(jié)點(diǎn)板等板材的重量都作為集中質(zhì)量加在結(jié)點(diǎn)上。
8，如權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法，其特征在于所述的對鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件進(jìn)行超聲波探傷的過程中采用超聲波橫波探傷方法。
9，如權(quán)利要求6所述的鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法，其特征在于構(gòu)件綴合成份板、角鋼并與鉚釘?shù)牟贾眯问椒謩e簡化到雙邊裂紋模型和中心裂紋模型，首先分析截面應(yīng)力，將容易斷裂的截面成份隔離出來，再將其簡化為有限寬帶裂紋板。
全文摘要
一種鋼結(jié)構(gòu)橋梁壽命的斷裂力學(xué)測量方法，包括一個對鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件進(jìn)行超聲波探傷的過程，通過實(shí)測數(shù)據(jù)對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行修正提高了結(jié)構(gòu)計算的精度，測量方法共分為七個步驟，分別為結(jié)構(gòu)力學(xué)建模，力學(xué)模型修正，交通荷載建模，交通荷載修正，超聲波探傷，構(gòu)件斷裂力學(xué)模型建模和橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀態(tài)評定。本發(fā)明采用超聲波橫波探傷方法檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的損傷程度，并利用斷裂力學(xué)方法計算結(jié)構(gòu)的剩余壽命，構(gòu)件荷載歷史的影響通過探傷得到，不必再考慮對過去荷載歷史的模擬。此外本發(fā)明采用實(shí)測數(shù)據(jù)對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，保證了結(jié)構(gòu)計算的精確程度，使結(jié)構(gòu)安全得到保證。
文檔編號G01M5/00GK1862256SQ20051002571
公開日2006年11月15日 申請日期2005年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月10日
發(fā)明者袁文平, 陳惟珍, 商國平 申請人:上海市市政工程管理處