[发明专利]一种结构关键疲劳构件的识别方法

说明书

技术领域

本发明属于桥梁健康监测系统领域，涉及用于在大跨桥梁健康测试系统获得的应变数据的基础上，进行关键疲劳构件识别的方法。

背景技术

近年来，随着健康监测技术的发展，大部分重要的大跨桥梁都已经安装了健康监测系统。在基于监测数据的桥梁状态评估中，疲劳评估是一个重要组成部分。而面对数目众多的构件，合理的疲劳评估策略是寻找一部分疲劳累计速度较快的构件作为关键疲劳构件，并将健康监控的重点放在这些构件上。由此产生了寻找关键疲劳构件的问题，实际情形中，桥梁构件承受的都是变幅荷载，难以用等幅荷载作用下的应力幅来判断某构件的关键性与否。而根据应力的大小来判断也不一定可靠：首先疲劳是一种应力循环的累计效应而不一定取决于最大值；其次，荷载的类型很多，如温度、交通、风等，某个构件在某类型荷载下应力较大并不意味着在其他荷载下也如此。

针对上述技术上的困难，本发明给出一个较为通用的解决方案。在疲劳累计理论、损伤力学理论、有限元模拟技术、雨流计数技术的基础上，本发明使用有效应力幅作为标准来判断构件的疲劳安全性，提出一种统一的框架将变幅疲劳问题和常幅疲劳相联系。利用这个方法可方便的寻找疲劳累计速度较快的构件，从而进行关键疲劳构件识别。我们提供的统一框架非常适合于集成到健康监测系统的模块中。

发明内容

技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种统一的框架将变幅疲劳问题和常幅疲劳相联系，得到有效应力幅，从而可方便的寻找疲劳累计速度较快构件的结构关键疲劳构件的识别方法。

技术方案：本发明的结构关键疲劳构件的识别方法，在健康监测系统获得的监测数据的基础上进行关键疲劳构件识别，包括以下步骤：

1）遍历所有构件，从健康监测采集的应变数据库中选取各自具有代表性的标准样本ε_j(t)，其中j是构件的序号，t为时间，对构件进行焊接细节的热点应力分析，并根据该构件的热点应力分析结果将标准样本ε_j(t)换算成热点应力时程

2）对热点应力时程依次进行预处理和雨流计数操作，得到提取出来的应力循环序列C；

3）利用应力循环序列C计算所有构件的有效应力幅Δσ_ef,j，将占构件总数P_c%的最接近有效应力幅值最大值的构件评定为关键疲劳构件，P_c为疲劳关键构件数量占构件总数的百分比。

本发明的步骤3）中，计算有效应力幅的方法为，首先从应力循环序列C中取出平均应力序列σ_m,j和应力幅序列Δσ_j；然后利用下面三种方法的任意一种来计算有效应力幅：i）基于疲劳累积的米勒准则的方法，ii）基于高周疲劳损伤力学模型的方法，iii）基于非线性疲劳损伤累积的方法。

本发明步骤3）中方法ii）的具体流程为：对于任意确定的j构件，平均应力序列σ_m,j和应力幅序列Δσ_j都是向量，包含的元素分别记为σ_m,j(i)和Δσ_j(i)，其中i为指标；将平均应力序列σ_m,j(i)和满足Δσ_j(i)>h₁的应力幅序列Δσ_j(i)，放入下面的求和公式计算有效应力幅Δσ_ef,j：