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结构节点裂纹扩展损伤识别

李想  
【摘要】:土木工程作为国家的大型基础设施,是国家经济活动的基本保证和经济命脉。其安全性的问题也一直是土木学界关注的热点。但是土木工程结构往往都是大而笨重的结构,对其进行检测无法像对机械结构那样方便易行,故其发展一直比较缓慢。然而,经过近几十年学术界的努力,土木工程结构的安全监测也得到了很大的发展。对一些大跨桥梁、高层建筑、大型体育馆等进行监测还是取得了很大的进步。 铁路钢桁架桥是大跨度铁路钢桥常用的一种结构型式。由于铁路钢桁架桥长期处于列车运行动力荷载的作用下,因此铁路钢桁架桥结点焊缝的累积疲劳损伤是一个在桥梁运营与维护中必然会发生,甚至有时会产生危及到铁路钢桥安全的重要问题。至今,国内外已发生多起因铁路钢桥的累积疲劳损伤而引发的桥梁结构破坏的案例。本文研究了鄱阳湖铁路钢桁架桥结点区焊缝裂纹扩展的损伤识别。 在结构损伤的早期对结构进行损伤识别并在结构服役期间对结构损伤区域进行监测是保证土木结构安全工作的一个重要方法。在研究的过程中,本文采用了实体建模的方法考虑钢桁架桥结点区焊缝。在建立节点过程中,充分考虑到后期计算效率和后处理的数据处理的可靠性,采用了建隔离体的办法。用隔离体作为裂纹区和非裂纹区的过渡,保证在裂纹区要求精细单元划分的要求,同时也有效控制了单元的总数量,保证了分析效率。 对于裂纹的参数的识别,本文介绍了对节点焊缝区穿透裂纹长度的识别。本文的损伤识别方法采用了模糊模式识别。首先建立一个模糊模式库,再通过定义隶属度函数,以隶属度来确定待识别量在在模糊模式库中的模式,从而达到损伤识别的目的。对于损伤识别来说,选择损伤识别的标识量是特别重要的,本文选择裂纹附近区域的一些节点,定义了这些节点对裂纹长度变化的敏感性,通过对比各点对裂纹变化的敏感性选取了识别裂纹参数的敏感关键点。并且以这些关键点在不同裂纹长度下的时程应力作为模糊样本,待识别量通过对比模糊样本并计算出对各样本的隶属度,从而识别出裂纹的参数。最后本文在每种工况下分别选取了两组不同长度的裂纹时的识别样本进行识别,得到了比较理想的识别效果。说明采用这种方法对裂纹扩展的识别是十分有效的。


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