風(fēng)荷載下在役焊接空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)疲勞性能研究.pdf

1、大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載等交變荷載的作用下，結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件的應(yīng)力變化幅值會(huì)很大，可能形成結(jié)構(gòu)的疲勞損傷。同時(shí)，工程結(jié)構(gòu)服役的環(huán)境往往具有一定程度的腐蝕性，結(jié)構(gòu)構(gòu)件腐蝕加速了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞過程，帶來的后果往往是災(zāi)難性的。因此，對(duì)在役大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)荷載作用下的疲勞分析和冗余度評(píng)價(jià)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　風(fēng)荷載作用下，大跨空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)構(gòu)件易出現(xiàn)疲勞。本文依據(jù)課題組測(cè)壓風(fēng)洞模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定結(jié)構(gòu)承受的風(fēng)壓時(shí)程;應(yīng)用ANSYS軟件，采

2、用梁?jiǎn)卧w模型與殼單元節(jié)點(diǎn)模型即局部模型相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)時(shí)程分析，運(yùn)用雨流計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)焊接球節(jié)點(diǎn)焊趾處應(yīng)力循環(huán)歷程;根據(jù)挪威船級(jí)社規(guī)范提供的相應(yīng)S-N曲線，結(jié)合Miner線性累計(jì)損傷理論，計(jì)算出空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞損傷值。若干算例證明了該計(jì)算流程的正確性。計(jì)算結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)中最先出現(xiàn)疲勞構(gòu)件的位置為平均正風(fēng)壓與脈動(dòng)風(fēng)壓均最大的球殼迎風(fēng)面;結(jié)構(gòu)中疲勞構(gòu)件的疲勞損傷值隨平均正風(fēng)壓、脈動(dòng)風(fēng)壓的增大而增大。
　　結(jié)構(gòu)敏感

3、度是用來描述結(jié)構(gòu)行為與設(shè)計(jì)參數(shù)之間關(guān)系的響應(yīng)函數(shù)，冗余特性是影響結(jié)構(gòu)魯棒性的重要因素，體現(xiàn)了損傷情況下的結(jié)構(gòu)安全性。本文借鑒P.C.Pandey方法，認(rèn)為結(jié)構(gòu)的冗余度與其結(jié)構(gòu)單元的敏感度成反比，以單元的材料彈性模量作為結(jié)構(gòu)參數(shù)，將結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感度定義為荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)對(duì)材料彈性模量的導(dǎo)數(shù);然后以結(jié)構(gòu)響應(yīng)敏感度為基礎(chǔ)，對(duì)風(fēng)荷載作用下的單層球面網(wǎng)殼的冗余特性進(jìn)行分析，識(shí)別結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件;并通過與單層球面網(wǎng)殼風(fēng)荷載疲勞分析結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證本章

4、分析方法的正確性和有效性。若干算例表明風(fēng)荷載作用下的低冗余度桿件既包含了疲勞損傷最大的桿件，也包含了應(yīng)力最大的桿件，低冗余度桿件是結(jié)構(gòu)在荷載作用下易發(fā)生破壞的薄弱桿件和關(guān)鍵桿件，結(jié)構(gòu)的冗余度特性能很好地體現(xiàn)結(jié)構(gòu)在荷載作用下的結(jié)構(gòu)薄弱部位。
　　鋼結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。本文結(jié)合文獻(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以銹蝕率和最大點(diǎn)蝕深度為基礎(chǔ)，對(duì)點(diǎn)蝕孔深度、直徑及分布情況作出適當(dāng)假定，提出點(diǎn)腐蝕構(gòu)件力學(xué)性能劣化分析方法，確定不同銹蝕率下點(diǎn)蝕構(gòu)件的等效彈性模

5、量，并建立試驗(yàn)室和自然大氣條件下銹蝕構(gòu)件力學(xué)性能參數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，提出自然環(huán)境下點(diǎn)蝕構(gòu)件力學(xué)性能分析的實(shí)用計(jì)算方法。
　　最后，對(duì)在役空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行疲勞分析和冗余度評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，考慮大氣腐蝕作用的影響，結(jié)構(gòu)表面平均正風(fēng)壓與脈動(dòng)風(fēng)壓最大處易出現(xiàn)疲勞構(gòu)件;在相同風(fēng)荷載歷程作用下，隨著大氣腐蝕作用的加重，結(jié)構(gòu)中疲勞桿件數(shù)目增加，疲勞桿件疲勞損傷量增大，即大氣腐蝕作用對(duì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)構(gòu)件疲勞效應(yīng)具有促進(jìn)作用;隨著大氣腐蝕作用的加重，風(fēng)荷載