钢吊车梁疲劳可靠性分析与评估
基于累积损伤的在役钢结构吊车梁的疲劳可靠性评估_刘洪滨
基于累积损伤的在役钢结构吊车梁的疲劳可靠性评估*刘洪滨1幸坤涛2(1.辽宁科技大学资源与土木工程学院,辽宁鞍山 114051; 2.国家工业建筑诊断与改造研究中心,北京 100088) 摘 要:从M iner 累积损伤的定义出发,视累积损伤为随机过程,临界损伤为随机变量,考虑腐蚀情况下疲劳抗力的衰减,提出了在役钢结构吊车梁疲劳可靠度分析方法。
对某在役钢结构吊车梁随时间变化的疲劳可靠性进行了评估,预测该钢结构吊车梁剩余疲劳寿命,为进一步维修决策提供依据。
关键词:在役钢吊车梁结构;疲劳可靠度;累积损伤;剩余使用寿命ASSESSMENT OF FATIGUE RELIABILITY OF STEEL CRANE BEA MS INSERVIC E BASED ON DAMAGE CUMULATIVE MODELLiu Hongbin 1 Xing Kuntao 2(1.School of Resources and Civil Engineering,Liaoning University of Science &Technology,Anshan 114051,China;2.National En g ineering Research Center for Diagnosis and Rehabilitation of Industrial Buildin g ,Beijing 100088,China)Abstract :Regarding the crane load as a stochastic p rocess,an analybic method of steel crane beams in service is proposed based on Miner cumulative fatigue damage.It is used to assess the fatigue reliability varing with time of a steel crane beam in service.The result shows that the fatigue reliability of the steel crane beam in service decreases with the increasing of the time,which can predict the residual fatingue life of the steel crane beam.Keywords :steel crane beam;fati gue reliabili ty;cumulative fatigue damage;residual life*鞍山市科委计划项目。
钢结构桥梁的疲劳与寿命评估
钢结构桥梁的疲劳与寿命评估钢结构桥梁作为现代城市交通的重要组成部分，承载着大量的车辆和行人通行任务。
然而，长期以来，由于外界环境和车辆荷载的作用，钢结构桥梁容易受到疲劳损伤，严重影响其使用寿命和安全性。
因此，进行钢结构桥梁的疲劳与寿命评估是至关重要的。
一、疲劳损伤机理疲劳是指物体在经历了一定次数的应力循环加载后发生损伤的现象。
钢结构桥梁受到交通荷载作用时，会产生周期性的应力变化，而长期循环加载会导致钢构件内部的裂纹逐渐扩展，最终引发疲劳破坏。
常见的疲劳损伤机理包括低周疲劳、高周疲劳和蠕变疲劳等。
低周疲劳是指加载周期较长，应力变化较大的疲劳损伤，主要发生在大型移动荷载作用下；高周疲劳是指加载周期较短，应力变化较小的疲劳损伤，主要发生在交通荷载作用下；蠕变疲劳则是由于长期受到恶劣环境条件作用下，钢结构桥梁会出现温度变形和应力松弛，从而引发蠕变破坏。
二、疲劳与寿命评估方法为了确保钢结构桥梁的安全使用和延长其寿命，需要进行疲劳与寿命评估。
在评估过程中，可以采用以下方法：1. 材料试验与力学性能研究：通过对钢材料的拉伸试验、冲击试验等试验手段，获取钢材料的力学性能参数，进而分析其疲劳性能。
2. 荷载测量与应力分析：通过悬挂应变片、应变计等装置对桥梁进行实时荷载测量与应力分析，以获取荷载数据与桥梁的应变应力分布情况。
3. 疲劳寿命计算：根据钢材料的疲劳试验数据和荷载数据，采用伤害累积理论来计算钢结构桥梁的疲劳寿命。
4. 结构健康监测：借助现代技术手段，如无损检测、振动测试等，对钢结构桥梁的健康状况进行实时监测，及时发现疲劳裂纹、变形等问题。
5. 寿命预测与可靠性评估：通过建立可靠性模型，综合考虑材料的疲劳特性、载荷环境、结构健康状况等因素，对钢结构桥梁的寿命进行预测与评估。
三、寿命延长与维护策略对于已经投入使用的钢结构桥梁，为了延长其寿命和保障其安全，需要采取适当的维护策略。
具体策略包括：1. 定期巡查与检测：定期对钢结构桥梁进行巡查与检测，发现潜在的裂纹、变形等问题，并采取相应的预防性维修措施。
钢结构建筑的疲劳试验与评估
钢结构建筑的疲劳试验与评估钢结构建筑是现代建筑中的一种主要形式之一，其所表现的结构美观、坚固、耐用等特点，深受人们的喜爱。
但是长期使用及环境因素的影响，钢结构建筑也存在着问题，其中最为严重的是疲劳问题。
疲劳问题的解决不仅关系到钢结构建筑的使用寿命，还涉及到人们的生命财产安全。
因此，加强钢结构建筑的疲劳试验与评估显得尤为重要。
一、疲劳问题的表现及危害疲劳问题指的是结构内部存在的裂纹，这些裂纹是钢结构承受交变载荷引起的。
卸载后，这些裂纹会随着时间的推移而扩大，在某个时刻，整个结构就会发生不可逆的破坏。
因此，疲劳问题对钢结构建筑的使用寿命和安全性构成了威胁。
二、疲劳试验的重要性疲劳试验是指在循环载荷下对结构进行试验，获得结构在疲劳破坏之前能够承受的循环载荷次数。
疲劳试验可以帮助人们了解钢结构的疲劳性能，找出隐患，并确定结构的使用寿命。
三、疲劳试验的方法和要点疲劳试验的方法有很多种，其中常见的有恒振幅疲劳试验和非恒振幅疲劳试验。
恒振幅疲劳试验就是指在相同的载荷下进行试验，而非恒振幅疲劳试验则是指在不同的载荷下进行试验。
为了保证疲劳试验的准确性和可靠性，还应该注意以下要点：1.试验负荷：试验负荷应该以实际使用负荷为基础，同时在试验中需要将最大载荷设定为实际使用负荷的两倍左右。
2.试验频率：为了使试验结果能够反应结构在实际使用中的疲劳情况，试验频率应该与实际使用频率相匹配。
3.试验过程：试验过程应该尽可能贴近实际使用情况，并在试验中不断记录结构变形情况及试验数据。
四、疲劳评估的方法和要点除了疲劳试验之外，疲劳评估也是判断钢结构疲劳性能的重要方法。
常见的疲劳评估方法有等效应力法、寿命预测法和疲劳极限法等。
疲劳评估要点主要包括以下几个方面：1.应力连通性：要合理设计结构，减小应力集中，并防止应力集中的部位发生裂纹。
2.材料选择：要根据结构实际使用情况和力学要求选择合适的材料。
3.安装与维护：要根据钢结构使用特点和环境特点，采取有效的安装维护措施。
钢吊车梁结构疲劳寿命评估理论方法的比较
ＡＢＳ ＲＡＣＴ： ｅ ｈ ｄ ｏ — Ｎ ｃ ｒ ｅ， ｆａ ｔ ｒ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｎ ａ ｇ ｃ ａ ｉｓ ｏ ｒ ｎ ｇ ｒ ｅ ａ ｉ ｕ Ｉ ｅ Ｔ Ｍ ｔｏ ｓ ｆ Ｓ ｕｖ ｒｃｕ ｅ ｃ ａ ｉｓ ａ ｄ ｄ ｍａ ｅ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｆ ｒ ｃ ａ ｅ ｉ ｒ ｆ ｔ ｅ ｉ ｄ ｇ ｆ
Ｓ Ｎ 曲 线 法 是 ＧＢ ５ ０ ７ ２ ０ ｛ 结 构 设 计 ０ １ — ０ ３ 钢 规 范 》３ 规 定 的 方 法 ， 钢 吊 车 梁 疲 劳 寿 命 评 估 ＿中 在
中， 根据 结构 构件 不 同的构造 、 受力 特点及 连接形 式 进 行分类 ， 依照荷 载条 件进行 材料 疲劳性 能试 验 ， 并 得出 Ｓ 』 ＼ ，曲线 。Ｇ ０ １ —２ ０ Ｂ ５ ０ ７ ０ ３给 出 了适 用 于 各类 不 同构件 或连 接 的疲 劳 计算 Ｓ—Ｎ 曲线 共 有 ８
钢 吊车梁 是工业 建 筑 中的 主要 结 构构 件 ， 因承 受 反复 荷载 的作用 ， 吊车梁 结 构 的疲 劳 寿 命成 为 控 制安 全性 的主 要 指标 。从 实 际 吊 车梁 使用 情 况 看 ，
钢 吊 车 梁 经 过 一 段 时 问 使 用 后 ， 出 现 不 同 程 度 的 会
估 钢 吊 车 梁疲 劳 寿命 。 关 键 词 ： 结构 ；疲 劳 寿命 ；评 估 钢
ＤＥＶＥＬｏ ＰＭ ＥＮＴ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩ ＣＡＴＩ Ｎ Ｆ ＣＲＡＮＥ Ｉ ｏ ｏ Ｇ ＲＤＥＲ ＦＡＴＩ ＵＥ ＦＥ ＴＩ ＡＴＥＳ ＴＨ Ｅｏ ＲＹ Ｇ ＬＩ ＥＳ Ｍ
钢结构的疲劳性能研究与结构寿命评估
钢结构的疲劳性能研究与结构寿命评估1. 引言在工程领域中，钢结构广泛应用于大型桥梁、高层建筑等重要工程项目中。
然而，由于长期受到复杂荷载和环境作用，钢结构容易发生疲劳破坏，对结构的安全性和可靠性构成威胁。
因此，钢结构的疲劳性能研究及结构寿命评估显得尤为重要。
2. 疲劳性能研究2.1 疲劳损伤机制钢结构在长期循环荷载作用下，由于应力集中、裂纹形成等原因，会逐渐发展出裂纹并扩展，最终导致疲劳破坏。
了解疲劳损伤机制对于研究钢结构的疲劳性能具有重要意义。
2.2 影响疲劳性能的因素钢材的质量、结构的几何形状、荷载类型和频次、应力历程等因素都会对钢结构的疲劳性能产生影响。
因此，疲劳性能研究需要考虑多种因素的综合影响。
2.3 疲劳试验与数值模拟方法疲劳试验是研究钢结构疲劳性能的重要手段，可以通过对试验样件的疲劳寿命进行评估。
同时，数值模拟方法也逐渐成为研究疲劳性能的重要工具，可以通过建立结构的数学模型，模拟实际的荷载作用，预测结构的疲劳寿命。
3. 结构寿命评估3.1 疲劳寿命的定义与评估方法疲劳寿命是指结构在规定的荷载和振动频次下能够安全运行的时间。
常用的评估方法包括判据法、损伤积累法和应变寿命法等，通过对疲劳裂纹的扩展情况进行评估，预测结构的寿命。
3.2 结构寿命评估的可靠度在结构寿命评估中，不确定性是一个不可忽视的因素。
可靠度理论可应用于结构寿命评估中，通过考虑不同参数的不确定性，计算结构的可靠度指标，为工程决策提供科学依据。
4. 增强疲劳性能的措施4.1 结构设计阶段的考虑在钢结构的设计阶段，可以通过减小应力集中区、合理设置连接方式等措施来增加结构的疲劳寿命。
4.2 修复与维护钢结构在使用过程中可能会受到损伤，及时进行损伤修复和维护是保障结构疲劳性能的重要举措。
4.3 监测与预警结构的长期监测和预警，能够及早发现结构的疲劳裂纹和变形等问题，采取相应的措施进行处理，减少疲劳破坏的发生。
5. 结论钢结构的疲劳性能研究与结构寿命评估对于保障工程项目的安全性和可靠性具有重要意义。
[2]太重小论文连晋华冶金起重机疲劳寿命的可靠性评估
![[2]太重小论文连晋华冶金起重机疲劳寿命的可靠性评估](https://img.taocdn.com/s3/m/26f62646767f5acfa1c7cded.png)
第2期(总第123期)2004年4月机械工程与自动化M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G & AU TOM A T I ON N o 12A p r 1文章编号:167226413(2004)022*******冶金起重机疲劳寿命的可靠性评估连晋华(太原重型机械(集团)有限公司技术中心,山西 太原 030024)摘要:讨论了疲劳寿命的可靠性评估方法,并对冶金起重机的疲劳寿命进行了可靠性评估。
关键词:起重机;疲劳寿命;可靠性中图分类号:TH 21 文献标识码:A收稿日期:2003212220作者简介:连晋华(19632),男,山西省人,高级工程师,1989年毕业于哈尔滨工业大学,硕士。
1 疲劳寿命的可靠性评估在一定的应力水平下,疲劳寿命服从某种分布。
一般认为金属的疲劳寿命服从对数正态分布,也有人认为服从威布尔分布。
对数正态分布可直接利用正态分布分析的各种方法成果,因此多数早期成果建立在对数正态分布基础上。
现在随着数据的积累和分析手段的提高,威布尔分布也在分析应用中。
111 应力为确定量时的疲劳寿命评估在实际工作中,有的结构件应力变异系数不大,往往假定为确定量,这种情况下的寿命预测与评估可直接利用P -S -N 曲线,见图1。
图1中,在某种应力水平Ρ或应力变程与不同失效概率P 相交。
交点处的循环次数Np即是相应的寿命或可靠度R =1-P 的可靠寿命。
有时也利用3S -S -N 曲线来评估。
图1 P -S -N 曲线112 应力为随机变量时的疲劳寿命评估一般情况下应力为随机变量,这其中有不稳定变应力和稳定变应力。
对于冶金起重机,起吊载荷常发生变化,其主梁应力为不稳定变应力,但是载荷变化又有一定的规律性,因此又可以按规律性不稳定变应力计算。
其疲劳强度条件为:Ρ≤Ρ-1c Nn R=Ρ-1cn R(N ∞N e)1m。
(1)……………………式中:Ρ-1c N——疲劳强度; n R ——考虑可靠性的安全系数;Ρ-1c ——等效疲劳强度;N e——等效循环次数;N∞——计算循环次数。
钢筋混凝土梁的疲劳性能及寿命评估
钢筋混凝土梁的疲劳性能及寿命评估钢筋混凝土梁是一种常用的结构元素，广泛应用于建筑和桥梁等工程中。
由于长期受到来自载荷的重复作用，梁的疲劳性能成为了工程设计和评估中必须考虑的问题之一。
本文将探讨钢筋混凝土梁的疲劳性能及寿命评估方法。
首先，我们需要了解什么是疲劳性能。
疲劳是指在结构或材料受到重复载荷作用下，由于应力的积累而逐渐产生的裂纹和破坏。
对于钢筋混凝土梁来说，疲劳裂纹主要发生在梁的受力部位，如截面最大弯矩处。
钢筋混凝土梁的疲劳性能取决于多个因素，包括材料特性、梁的几何形状和荷载作用等。
其中，材料特性是影响梁疲劳性能的关键因素之一。
混凝土的强度和韧性是直接影响梁的疲劳寿命的因素。
一般来说，强度较高的混凝土可以提高梁的抗疲劳能力。
而钢筋的强度和排列方式也对梁的疲劳性能产生重要影响。
同时，梁的几何形状，如梁的截面形状和跨度等，也会对疲劳性能产生影响。
在钢筋混凝土梁疲劳性能的评估中，常用的方法是疲劳试验和数值模拟。
疲劳试验是通过加载一系列重复载荷来模拟实际工况下的疲劳载荷作用，评估梁的疲劳寿命。
试验中通常采用的参数包括载荷幅值、载荷频率和载荷比等。
通过分析试验数据，可以得到梁的疲劳寿命曲线，用来评估梁的抗疲劳性能。
数值模拟是在计算机上建立梁的有限元模型，利用数值方法进行疲劳分析和寿命预测。
在模拟中，需要输入梁材料的疲劳性能参数，如疲劳极限、S-N曲线等。
通过模拟不同载荷作用下的应力应变分布，可以预测梁的疲劳寿命。
数值模拟能够更加高效地评估梁的疲劳性能，提供更多的设计指导。
除了评估疲劳性能，延长钢筋混凝土梁的使用寿命也是一项重要任务。
为了延长梁的使用寿命，可以采取以下措施：1. 加强材料控制：选择优质的混凝土和合适的钢筋，确保材料的性能符合设计要求。
2. 合理的构造设计：采用恰当的梁的几何形状和钢筋排布方式，以增加梁的刚度和强度，提高其抗疲劳能力。
3. 做好施工质量控制：确保施工工艺和质量符合相关标准，避免施工过程中引入缺陷。
某老旧厂房12m跨铆接钢吊车梁疲劳强度分析
随着我国工业化进程的加快，工业厂房的建设也不断的跟进，同时发现原有 的老的工业厂房越来越满足不了生产的需求，而且出现了一些安全的隐患，引起 了社会各方面的关注，本文针对一老旧厂房吊车梁发现的问题，针对其疲劳强度 进行分析。
1 工程相关情况
某服役 60 年老厂房为单层三跨钢结构排架厂房，基础采用钢筋混凝土独立基 础，承重系统包括钢格构式阶形柱、工字形铆接吊车梁、钢结构梯形屋架等。该 厂房于 1958 年前后建成投产，至今已使用有 60 年。
679229.3
翼 翼缘角 2L150×
缘钢
16
91.605
1945 80.775 597686.0
599631.0
腹板 -1800× 252.0 68
14
下 翼缘角 翼钢
2L150× 16
91.605
1945 91.075 759831.9
761776.9
缘 翼缘板 -370×16 59.2
参考文献 [1]JTGT F50-2011.公路桥涵施工技术规范 [2]GB 50017-2003.钢结构设计规范 [3]张保龙，朱峰，沈涛，陈燕，朱庆东.有大吨位检修行车电厂主厂房结构设 计的关键问题[J]武汉大学学报：工学版.2018
作者简介：田昱峰（1979.12- ），男，汉族，山西省榆社县，太原理工大学土木工程系本科毕业，高级工程师，结构工程方向。
max
]
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3338.8kN
×m
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M
[Ds
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2.4 核算结果
依据《钢结构设计规范》，重级工作制吊车梁的疲劳可作常幅疲劳，按下式计
算：
[ ] a × Ds £ Ds f
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钢吊车梁疲劳可靠性分析与评估
根据有关统计,我国80%的工业吊车梁发生破坏是由于疲劳问题。
结构设计理论已由容许应力发展到引入可靠度概念的概率极限状态,但疲劳设计仍使用容许应力法进行设计。
由于疲劳问题的破坏机理的复杂性,使得钢吊车梁的疲劳可靠性受到很多因素的影响,包括:疲劳荷载的多样性、几何构造形式、材料的疲劳强度、结构的使用环境等。
因此研究钢吊车梁的疲劳可靠度性对于我国钢吊车梁的设计、使用、维护和加固都具有工程实际意义。
本文以结构可靠性理论为基础,将钢结构吊车梁整个使用过程视为随机过程,将钢吊车梁上的作用效应和抗力视为随机变量,对基于Miner线性累积损伤理论的疲劳动态可靠度计算模型进行了研究。
并用疲劳动态可靠度计算模型对影响钢吊车梁疲劳可靠性的因素进行分析。
具体的研究内容主要包括以下几个方面:1.对钢结构吊车梁的疲劳应力幅的随机分布类型进行研究,并对分布参数的选取做了分析。
通过与国家工业建筑诊断与改造工程计算研究中心对某钢厂现场应力测试和实验的数据进行对比,得出钢结构吊车梁的应力幅服可用威布尔分布描述,并且当钢结构吊车梁的跨度、截面类型、吊车荷载、工作环境相似时,进行疲劳可靠度分析时可参考相似结构威布尔分布的参数进行疲劳可靠度计算的结论。
2.对国内外现行钢结构规范中的S-N曲线进行对比分析。
通过对
GB5007-2003中八类连接的曲线和IIW建议的S-N曲线进行对比分析,并考虑实际使用情况弱化了低应力幅的影响,对GB5007-2003中的S-N曲线进行修正。
并对修正前后S-N曲线对疲劳可靠度计算结果的进行比较。
3.运用疲劳动态
可靠度分析模型在FE-safe软件中对变截面支座的形式和细部构造的尺寸、封板的形式、表面粗糙度、残余应力、轨道偏心和温度对钢结构吊车梁的疲劳可靠性的影响规律进行了计算分析。
并根据影响规律对钢吊车梁的疲劳设计、使用和维护提出参考意见。