既有高耸钢结构风致疲劳寿命时域分析方法及实例

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《钢结构疲劳》课件

总结词
结构细节和连接方式对钢结构疲劳性能具有重要影响，合理的细节设计和连接方式可以有效提高结构的疲劳寿命。
详细描述
钢结构的细节设计和连接方式决定了结构内部的应力分布和传递。不合理的细节设计和连接方式可能导致局部应力集中，加速裂纹萌生和扩展。因此，在设计和制造钢结构时，应注重细节处理和连接方式的优化，以提高结构的疲劳性能。
超声检测
利用超声波在材料中的传播特性，检测内部缺陷和裂纹。
涡流检测
利用涡流对材料进行检测，通过分析涡流的变化来检测裂纹。
损伤识别与评估
损伤识别
通过各种无损检测手段，如声发射、红外成像等，对钢结构进行全面检测，以确定损伤的位置和程度。
损伤评估
根据损伤的严重程度，对钢结构的剩余寿命和安全性进行评估，为维修和加固提供依据。
采用无损检测技术，如超声波、磁粉等方法，对钢结构进行监测和评估，了解结构疲劳状况。
维修与更换
对于发现的疲劳裂纹和损伤，及时进行修复或更换，防止裂纹扩大。
增强结构整体性
增加支撑和连接
加强节点连接
通过增加支撑和连接件，提高钢结构的整体稳定性，减少结构变形和应力集中。
对节点连接进行加强，提高节点刚度和承载能力，减少应力集中和变形。
优化结构设计
对钢结构进行详细的结构分析和优化设计，合理布置支撑和连接件，提高结构整体性。
局部加固与修复
1 2
焊接加固
对于疲劳裂纹和损伤，可以采用焊接方法进行加固和修复。焊接前应进行焊接工艺评定和焊接质量检测。
粘贴钢板加固
在钢结构表面粘贴钢板，提高结构的承载能力和刚度，适用于大型结构件和厚板的加固。
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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。

高耸塔器顺风向风振响应与疲劳寿命数值分析

考。
ห้องสมุดไป่ตู้
关键词：高耸塔器；脉动风速；风振响应；疲劳寿命
中图分类号：ＴＨ４９；ＴＱ０５３．５；０３２４文献标识码：Ａ文章编号：１００１— ４８３７（２０１３）１１ — ００２９—０８
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ — ４８３７．２０１３．１１．００５
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１４，Ｃｈｉｎａ；
ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｒａｎｄｏｍｖｉｂｒａｔｉｏｎｔｈｅｏｙｒａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈａｒａｃｔｅｉｓｒｔｉｃｏｆｌｕｆｃｔｕａｔｉｎｇｗｉｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙ．Ｓｔｒｅｓｓａｍｐｌｉｔｕｄｅｓａｎｄｃｙｃｌｅｓａｔｔｈｅｃｒｕｃｉａｌｐｏｉｎｔｗｅｒｅｃｏｕｎｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｒａｉｎ —ｆｌｏｗｍｅｔｈｏｄ．Ａｎｄｆａｔｉｇｕｅ
摘要：针对现行设计标准中未曾考虑沿海等地区强风（或台风）频发的极端条件下，顺风向振动可能导致的高耸塔器疲劳问题，基于谐波叠加法、随机振动理论及脉动风速频域规律，利用ＭＡＴＬＡＢ和ＡＮＳＹＳ软件模拟，获得了某一典型高耸塔器在各风速下的顺风向脉动风速时程样本及风振时程响应，采用雨流法统计了危险点应力幅值与循环周次，根据Ｍｉｎｅｒ疲劳累积损伤理论估算了疲劳寿命。结果表明：模拟脉动风速时程曲线经自功率谱和自相关函数检验可较好地反映真实风速特征；随着风速的增加，塔器风振时程响应的最大值和均方根呈指数关系增大，且前者略大于ＪＢ／Ｔ４７１０－２００５中的计算结果；９级风以下顺风向振动引起的塔器疲劳损伤不大，但多次较强台风作用可能会导致明显的疲劳损伤甚至失效。此研究旨在为多风地区高耸塔器的合理设计提供参

钢结构的疲劳寿命和评估

钢结构的疲劳寿命和评估疲劳是指物体在周期性加载下的循环应力作用下逐渐累积损伤的现象。

钢结构广泛应用于建筑、桥梁、船舶等领域，而对于钢结构的疲劳寿命和评估，对于保障结构的安全性和可靠性具有重要意义。

一、疲劳寿命的含义和评估方法疲劳寿命是指钢结构在不断受到循环应力作用下，能够保持结构完整性和性能的时间。

钢结构的疲劳寿命评估方法目前主要有试验方法和计算方法两种。

试验方法是通过搭建实验模型，给予不同频率和幅值的循环载荷加载，测量应变和应力的变化，然后评估结构的疲劳寿命。

试验方法的优势在于可直接观测和测量结构变形和受力情况，但其劣势是成本高昂且耗时较长。

计算方法是通过使用疲劳寿命的评估公式来预测结构的寿命。

常用的评估公式包括极限应力幅值公式、应力周期计数公式和应变幅值公式。

计算方法的优势在于成本较低且速度较快，但其劣势是需要可靠的材料性能数据和较为精确的工况分析。

二、影响钢结构疲劳寿命的因素1.循环载荷频率和幅值：循环载荷频率和幅值是影响钢结构疲劳寿命的重要因素。

载荷频率越高、幅值越大，结构的疲劳寿命就越短。

2.材料的疲劳性能：不同的钢材具有不同的疲劳寿命。

一般情况下，高强度钢材的疲劳寿命较短，而低强度钢材的疲劳寿命较长。

3.构件的形状和尺寸：构件的形状和尺寸对钢结构的疲劳寿命也有一定影响。

一般情况下，形状复杂的构件疲劳寿命相对较短，而较为简单的构件疲劳寿命相对较长。

三、钢结构疲劳寿命评估的重要性评估钢结构的疲劳寿命对于工程设计、结构检测和维护具有重要意义。

1.工程设计：在钢结构的设计阶段，进行疲劳寿命评估可以帮助工程师合理选择材料，优化结构形式和尺寸，预测结构的疲劳损伤，从而提高工程的安全性和可靠性。

2.结构检测：定期对钢结构进行疲劳寿命评估可以帮助监测结构的健康状况，及时发现潜在的疲劳问题，采取相应的维修和保养措施，延长结构的使用寿命。

3.维护管理：钢结构的疲劳寿命评估结果可以作为维护管理的依据，合理安排维修和保养周期，提高维护管理的效益和准确性。

钢结构疲劳验算

钢结构疲劳验算简介钢结构是一种常见的建筑结构形式，具有高强度、刚性好、耐久性强等优点。

然而，在长期使用过程中，钢结构可能会受到疲劳的影响，导致结构的损伤和失效。

因此，进行钢结构的疲劳验算是非常重要的。

本文将介绍钢结构疲劳验算的基本概念、验算方法和实际应用，以帮助工程师更好地理解和应用疲劳验算技术。

1. 疲劳现象及其机理1.1 疲劳现象疲劳是指材料或结构在受到循环载荷作用下，经过一段时间后出现裂纹、变形或失效的现象。

与单次载荷下的静态失效不同，疲劳失效通常是逐渐积累的过程。

1.2 疲劳机理钢材在受到循环载荷作用下，会发生以下几个阶段：•起始阶段：由于应力集中等原因，在表面形成微小裂纹。

•扩展阶段：裂纹逐渐扩展，形成可见的裂纹。

•失效阶段：裂纹扩展至临界尺寸，导致结构失效。

2. 疲劳验算方法2.1 应力幅值法应力幅值法是最常用的疲劳验算方法之一。

它基于应力水平和应力幅值之间的关系进行验算。

具体步骤如下：1.确定结构受到的循环载荷。

2.计算结构在每个载荷循环下的应力幅值。

3.根据材料的疲劳性能曲线，确定应力幅值对应的寿命。

4.对所有循环进行累加，得到结构的预计寿命。

2.2 应变范围法应变范围法是另一种常用的疲劳验算方法。

它基于材料在循环载荷下产生的塑性变形进行验算。

具体步骤如下：1.确定结构受到的循环载荷。

2.计算结构在每个载荷循环下的应变范围。

3.根据材料的疲劳性能曲线，确定应变范围对应的寿命。

4.对所有循环进行累加，得到结构的预计寿命。

2.3 应力时间历程法应力时间历程法是一种更为精确的疲劳验算方法，它考虑了载荷的变化率和频率等因素。

具体步骤如下：1.确定结构受到的循环载荷的时间历程。

2.将时间历程分解为若干个小时间段，在每个小时间段内计算应力幅值。

3.根据材料的疲劳性能曲线，确定应力幅值对应的寿命。

4.对所有小时间段进行累加，得到结构的预计寿命。

3. 实际应用钢结构疲劳验算在工程实践中具有重要意义。

结构件的疲劳寿命分析方法1

结构件的疲劳寿命分析方法摘要：本文简单介绍了在结构件疲劳寿命分析方法方面国内外的发展状况, 重点讲解了结构件寿命疲劳分析方法中的名义应力法、局部应力应变法、应力应变场强度法四大方法的估算原理。

疲劳是一个既古老又年轻的研究分支，自Wohler 将疲劳纳入科学研究的范畴至今，疲劳研究仍有方兴未艾之势，材料疲劳的真正机理与对其的科学描述尚未得到很好的解决。

疲劳寿命分析方法是疲分研究的主要内容之一，从疲劳研究史可以看到疲劳寿命分析方法的研究伴随着整个历史。

金属疲劳的最初研究是一位德国矿业工程帅风W.A.J.A1bert 在1829年前后完成的。

他对用铁制作的矿山升降机链条进行了反复加载试验，以校验其可靠性。

1843 年，英国铁路工程师W.J.M.Rankine 对疲劳断裂的不同特征有了认识，并注意到机器部件存在应力集中的危险性。

1852年-1869 年期间，Wohler对疲劳破坏进行了系统的研究。

他发现由钢制作的车轴在循环载荷作用下，其强度人大低于它们的静载强度，提出利用S-N 曲线来描述疲劳行为的方法，并是提出了疲劳“耐久极限”这个概念。

1874 年，德国工程师H.Gerber 开始研究疲劳设计方法，提出了考虑平均应力影响的疲劳寿命计算方法。

Goodman讨论了类似的问题。

1910年，O.H.Basquin提出了描述金属S-N 曲线的经验规律，指出：应力对疲劳循环数的双对数图在很大的应力范围内表现为线性关系。

Bairstow 通过多级循环试验和测量滞后回线，给出了有关形变滞后的研究结果，并指出形变滞后与疲劳破坏的关系。

1929年B.P.Haigh研究缺口敏感性。

1937年H.Neuber指出缺口根部区域内的平均应力比峰值应力更能代表受载的严重程度。

1945年M.A.Miner 在J.V.Palmgren 工作的基础上提出疲劳线性累积损伤理论。

L.F.Coffin 和S.S.Manson各自独立提出了塑性应变幅和疲劳寿命之间的经验关系，即Coffin —Manson 公式，随后形成了局部应力应变法。

一种结构件疲劳安全寿命的估算方法

一种结构件疲劳安全寿命的估算方法
结构件疲劳安全寿命的估算方法
结构件疲劳安全寿命估算是一项复杂的任务，是结构设计过程中不可
或缺的一项工作。

因此，有必要了解结构件的疲劳安全估算方法，以
便在设计结构件时采取正确的保守性原则以确保其性能稳定且安全可靠。

第一步，确定结构件安全性目标，根据疲劳安全问题的承载力要求、
应用条件及应用下的使用寿命等因素，确定结构件的疲劳安全性要求。

第二步，分析结构件疲劳寿命，在确定安全性目标后，结构件疲劳寿
命的分析是有效预测疲劳安全性的重要步骤，一般采用基于矩阵的存
储技术来求解结构件的疲劳寿命。

第三步，结构件疲劳安全估算，根据结构件的安全性目标以及分析得
出的结构件疲劳寿命，就可以对结构件疲劳安全进行估算，采用一定
的精度来衡量结构件的疲劳安全性。

第四步，进行改进技术，结构件的疲劳安全估算是一个复杂的工作，
需要考虑许多因素，以确保结构件的安全性能。

因此，应根据实际情况，采取合理的改进技术，如采用新型材料，改进设计参数，加强检
测工作等，来提高结构件的疲劳安全性。

总之，结构件疲劳安全估算任务复杂费时，但却是必须经过深思熟虑，应根据实际情况选择最终设计参数以确保结构件安全性能。

因此，有
必要了解结构件的疲劳安全估算方法，以便在设计结构件时采取正确的保守性原则，达到安全可靠的目的。

建筑物结构疲劳寿命分析与延长方法

建筑物结构疲劳寿命分析与延长方法建筑物结构是指建筑物的骨架部分，通常由钢筋混凝土或钢材构成。

不可否认，随着时间的推移，建筑物的结构会经历各种形式的疲劳，导致寿命缩短和安全风险增加。

因此，建筑物结构的疲劳寿命分析以及延长方法成为了一个关键课题。

疲劳寿命分析是通过对建筑物结构在不同外界载荷下的反复加载和卸载过程进行模拟，进而评估结构的耐久性能。

在疲劳寿命分析中，最常用的方法是应力范围法和应变范围法。

应力范围法基于疲劳破坏理论，通过计算结构受力状态下的应力范围，来估算结构的疲劳寿命。

而应变范围法则是以疲劳破坏的行为和形态为基础，通过计算结构受力状态下的应变范围，来推断结构的疲劳寿命。

为了延长建筑物结构的疲劳寿命，可以采取以下几种方法。

首先，设计阶段的优化。

在建筑物的设计阶段，可以通过合理的材料选择、结构布局和截面尺寸等方式来减小结构的应力集中程度，从而降低结构的疲劳风险。

此外，采用设计荷载的频率和幅值合理，并设置适当的加载控制要求，也是有效的手段。

其次，材料和施工工艺的优化。

选择高强度、高韧性和抗腐蚀性能好的材料，对于提高建筑物结构的疲劳寿命至关重要。

同时，施工过程中的质量控制也是不可忽视的。

确保建筑物结构的合理施工和维护，对于延长疲劳寿命至关重要。

第三，定期检测和维护。

定期检测建筑物结构的状态和隐患，及时发现并修复结构中的损伤和缺陷，是防范疲劳破坏的重要手段。

利用无损检测技术，如超声波检测、磁粉检测等，可以发现隐蔽的结构缺陷，及时采取措施排除风险。

另外，外部的环境因素也会对建筑物结构的疲劳寿命产生影响，如湿度、温度、地震和风力等。

因此，在建筑物周围进行合理的环境控制，如加装防水层、屋面隔热层、保温材料和防护层等，可以减少结构暴露在恶劣环境下的损伤。

最后，及时更新和升级。

随着科技的不断发展，新的建筑材料、结构设计和施工工艺不断涌现。

建筑物的结构也需要保持与时俱进，及时采用新的技术和方法来更新和升级，以延长其疲劳寿命。

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ＥＸＩＳＴｌＮＧＨＩＧＨ — ＲＩＳＥＳＴＥＥＬＳＴＲＵＣＴＵＲＥ
ＦａｎｇＸｉｎｇＢａｉＬｉｎｇＧａｏＭａｎｇｍａｎｇＴｉａｎＹｕｅＪｉａｎｇＹｉｎｄａｏ
（ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＲａｉｌｗａｙＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）
场实测校正结构动力分析模型，而后采用谐波叠加法模拟脉动风场，计算脉动风动力作用下结构控制细节应力谱，最后基于现场风向风速监测资料统计得到的各风向概率及相应的风速分布，采用热点应力法估算各控制细节年疲劳损伤度及剩余疲劳耐久年数。实例计算结果与现场实际情况吻合较好，可供类似结构的风致疲劳分析参考。
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｈｉｇｈｍａｓｔｌｉｇｈｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ，ｉｔｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｔｉｍｅ
关键词：高耸结构；风致疲劳；时域分析；热点应力；剩余寿命
ＤｏＩ：１０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１００７ — ９９６３．２０１３．０４．００３
ＴＩＭＥ— ＤＯＭＡＩＮＡＮＡＬＹＺＩＮＧＭＥＴＨｏＤＡＮＤＣＡＳＥｏＦＷＩＮＤ— ＩＮＤＵＣＥＤＦＡＴＩＧＵＥＦＯＲ
ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｈｉｇｈ— ｒｉｓｅｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｗｉｎｄ— ｉｎｄｕｃｅｄｆａｔｉｇｕｅ；ｔｉｍｅ — ｄｏｍａｉｎａｎａｌｙｓｉｓ；ｈｏｔ — ｓｐｏｔｓｔｒｅｓｓ；ｒｅｓｉｄｕａｌｌｉｆｅ
ｕｓｅｄｔＯｓｉｍｕｌａｔｅｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｗｉｎｄｆｉｅｌｄａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｄｅｒｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇｗｉｎｄｌｏａｄａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆｗｉｎｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｃ。ｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｏｆｉｎ — ｓｉｔｕｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｄａｔａｏｆｗｉｎｄｓｐｅｅｄａｎｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｒｅｓｉｄｕａｌｌｉｆｅｃｏｕｌｄｂｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｈｏｔ — ｓｐｏｔｓｔｒｅｓｓｍｅｔｈｏｄａｎｄｌｉｎｅａｒｄａｍａｇｅｒｕｌｅ．
科研开发
既有高耸钢结构风致疲劳寿命时域分析方法及实例
方兴白玲高芒芒田越江银道
（中国铁道科学研究院，北京１０００８１）
摘要：以某港区高杆照明装置为例，探讨了既有高耸钢结构风致疲劳寿命的时域分析方法。该方法首先通过现
ｄｏｍａｉｎａｎａｌｙｚｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆｗｉｎｄ — ｉｎｄｕｃｅｄｆａｔｉｇｕｅｆｏｒｅｘｉｓｔｉｎｇｈｉｇｈｒｉｓｅｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗａｓｇｏｔｂｙｔｈｅｆｉｅｌｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｗａｖｅｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓ