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桥梁高周疲劳损伤理论与疲劳损伤在线分析方法及应用

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第一章绪论

1.1课题背景与意义

1.2相关领域研究现状

1.2.1桥梁结构健康监测与疲劳评估

1.2.2疲劳损伤累积理论

1.3本文的主要内容与研究思路

第二章桥梁高周疲劳损伤理论

2.1材料高周疲劳的损伤力学描述

2.2桥梁高周疲劳损伤的一般方程

2.3高周疲劳损伤方程的一次简化

2.4高周疲劳损伤方程的二次简化

2.5本章小结

第三章基于典型焊接构件高周疲劳实验的损伤方程参数确定

3.1焊接构件高周疲劳实验过程概述

3.2疲劳损伤测算与分析

3.3高周疲劳损伤方程的参数确定

3.4本章小结

第四章桥梁疲劳应力监测与数据分析

4.1大跨桥梁钢箱梁结构中的应变监测

4.2监测得到疲劳应力谱分析

4.2.1斜拉桥中的疲劳应力分析

4.2.2悬索桥中的疲劳应力分析

4.3应变时程中的温度效应分析

4.4有关等效应力幅和循环次数的概率分布

4.5本章小结

第五章桥梁疲劳损伤在线评估方法及其应用

5.1疲劳损伤在线分析方法实施策略与流程

5.2疲劳损伤在线分析与评估的软件界面说明

5.3疲劳损伤计算应用实例

5.3.1斜拉桥中的疲劳损伤增量分析

5.3.2悬索桥中的疲劳损伤增量分析

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1论文成果总结

6.2今后工作展望

附录 桥梁疲劳损伤在线分析程序源代码(部分)

参考文献

作者在攻读博士学位期间撰写的论文

致谢

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摘要

随着科学技术和社会经济的发展,桥梁结构健康监测与安全评估已成为近年来学术界与工程界的热点研究领域。如何根据采集到的数据和信号,得到桥梁结构的工作状态,进而了解结构关键构件的疲劳损伤程度,则是桥梁结构健康监测与安全评估领域内最主要的问题之一。本文从经典损伤力学高周疲劳理论出发,提出了一种用以描述材料在应力状态改变过程中的疲劳损伤演化规律的高周疲劳损伤累积准则,并在此基础上开发了疲劳损伤的在线分析方法。本文的主要工作和成果如下:
   系统地阐述了桥梁钢构件的高周疲劳损伤理论。提出了基于标量型损伤的高周疲劳损伤力学理论,建立了应力增量型的高周疲劳损伤累积准则,并提出了高周疲劳系数的概念;证明了一级常幅加载下,Miner准则即为高周疲劳损伤方程的二次简化;得到了单轴脉动循环载荷谱、单轴对称循环、单轴脉动拉伸这三种常见的常幅疲劳实验的S-N曲线方程。
   通过桥梁典型焊接构件的高周疲劳实验数据确定了该种构件的高周疲劳系数。同时,通过测试焊接构件固有频率的变化,得到了部分试件的D-N曲线,进而了解了该类焊接构件在疲劳过程中疲劳损伤的累积规律。
   根据润扬长江大桥健康监测系统的监测数据,分析了监测部位的应变传感器输出的应变信息特征。分别对润扬大桥北汊斜拉桥和南汊悬索桥的关键构件上布设的应变计记录的应变时程曲线规律进行分析,得到了通车运营后该桥载荷谱的主要特征;通过分析对润扬大桥斜拉桥箱粱跨中顶板上的应变计所记录的应变时程和附近的温度计所记录的温度时程的相关系数,得到了两者密切相关的结论;对润扬斜拉桥和悬索桥钢箱梁主要构件上布设的应变计监测到的数据进行应力幅计算和统计分析,获得其疲劳应力的统计特性。
   建立了桥梁结构疲劳损伤的在线分析方法,并开发了相关的程序。包括:提出了实现桥梁结构疲劳损伤在线分析的策略和流程;开发了基于本文提出的桥梁结构高周疲劳损伤理论进行桥梁关键构件疲劳状态在线分析的演示程序。

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