钢混工业建筑结构的疲劳性能衰退分析及寿命可靠性评估
发布时间：2021-11-06 10:42
我国于改革开放前后兴建的大量钢混工业建筑已连续服役近40年,面临着严峻的安全考验,倒塌事故时有发生,迫切需要对存量工业建筑的安全状况进行诊断治疗,从而提升服役性能。目前既有钢混工业建筑的结构诊治和性能提升面临着新的科学问题:首先,现有结构疲劳寿命评估集中在工业建筑的设计、建造阶段,无法考虑既有结构中业已存在的大量缺陷;此外,工业建筑的损伤演化及疲劳性能退化是一个非线性过程,当前正处于该过程的中期甚至后期阶段,而现有疲劳寿命评估一般采用线性累积方法,用于既有工业建筑的疲劳评估将带来较大误差。为解决上述问题,本文发展出基于疲劳性能衰退分析的既有钢混建筑结构寿命可靠性评估方法,为既有工业建筑的疲劳寿命评估提供了新的分析理论和计算方法。论文主要工作及研究成果如下:1.对钢混工业厂房缺陷的现场检测结果进行分类整理和分析,引入连续损伤力学理论进行缺陷的损伤表征。针对钢混工业建筑不同运营荷载下的混凝土材料损伤演化特征,选取了三种混凝土损伤本构模型并进行了参数确定。分别是:用于计算动态效应的塑性损伤模型,用于计算超载时结构累积损伤的弹性损伤模型,以及用于计算结构疲劳损伤演化和疲劳性能衰退过程的高周疲劳...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
某钢混厂房服役多年后存在的部分已有损伤问题
缩荷载作用下，微裂纹从界面扩展和汇聚到砂浆中，而且微裂纹的扩展和汇聚更为明显。图 c 是在疲劳荷载作用下的损伤状态，与其他导致微裂纹扩展的损伤效应相比，疲劳加载引入了更多新的微裂纹。其原因是疲劳荷载的能量大大低于极限荷载，而创造更多新微裂纹所需的能量比使微裂纹扩展的能量更小，所以新的微裂纹更容易出现。在这种现象作用下，混凝土在疲劳破坏之前就出现了大量的疲劳裂纹，而破坏时裂纹快速贯通导致结构迅速失效，有很大的安全隐患。以上分析说明，混凝土材料在宏观裂缝出现之前，其内部结构中已经存在了大量的微裂纹和微空洞，它们的出现和扩展影响了材料与结构的强度和寿命。为了研究这一现象，人们将材料或结构中出现的微观缺陷称为损伤。目前材料损伤的描述模型可以按照材料的特征长度和研究方法分为微观、细观和宏观三种。其中宏观损伤模型基于宏观尺度上的不可逆热力学和连续介质力学，把包含大量缺陷的材料视为一种含有损伤场的连续体，并引入损伤变量来描述损伤状态，可以唯象地确定含缺陷材料的损伤演化规律。宏观唯象的损伤力学模型具有严密的数学理论推导，可适用于材料或结构的数值模拟，并已经广泛地应用于工程实际，很好地解释了若干材料的损伤和破坏现象[3]。a b c
24图 3-2 中给出的应力云图分别为吊车作用点在牛腿柱上和吊车梁跨中时的局部应分布（此时施加的荷载为额定最大轮压）。可以明显地观察到，吊车梁的端部和跨中的力水平比较大，考虑到混凝土对受拉应力十分敏感，吊车梁的跨中底部需要重点考察3.1.2 关键构件的识别该厂房的吊车起重量为 10t，参考大连起重机器厂 5~50/10t 吊钩桥式起重机技术格[58]，可得吊车车轮额定最大轮压为 136kN。考虑吊车梁上竖直吊车荷载为额定最大压的最不利工况，计算得到各构件危险截面的应力时程如图 3-3 所示。根据得到的应力时程和现场检测结果的损伤信息，可以得出以下结果：① 在混凝土构件中，吊车梁端部截面、梁跨中截面的应力水平和应力幅最大，其是上柱底截面和下柱底截面。分析其原因，吊车梁是直接承受吊车荷载的构件，端部
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业厂房吊车荷载的概率模型和组合方法[J]. 姚继涛,谷慧. 建筑结构学报. 2016(11)
[2]混凝土疲劳分析方法综述[J]. 丁兆东,李杰. 力学与实践. 2015(01)
[3]HRBF500钢筋混凝土梁疲劳损伤机理研究[J]. 王新玲,康现栋,李可,黄伟东. 工业建筑. 2013(11)
[4]大跨钢桥钢箱梁损伤时变模型及疲劳可靠性评估[J]. 王莹,李兆霞,赵丽华. 东南大学学报(自然科学版). 2013(05)
[5]大型土木结构多尺度损伤预后的现状、研究思路与前景[J]. 李兆霞. 东南大学学报(自然科学版). 2013(05)
[6]移动荷载在ABAQUS中的模拟研究[J]. 李才志,张春华. 水运工程. 2012(09)
[7]钢筋混凝土桥梁疲劳累积损伤失效过程简化分析方法[J]. 朱劲松,朱先存. 工程力学. 2012(05)
[8]一种修正的混凝土弹性损伤本构模型及其应用[J]. 李正,李忠献. 工程力学. 2011(08)
[9]在役钢筋混凝土结构基于可靠性的疲劳寿命分析[J]. 赵尚传,赵国藩,贡金鑫. 工程力学. 2002(04)
[10]混凝土疲劳寿命规律预测新方法[J]. 李靖华,李果,刘刚. 大连理工大学学报. 1997(S1)
博士论文
[1]混凝土多轴疲劳破坏准则研究[D]. 赵东拂.大连理工大学 2002
本文编号：3479686
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
某钢混厂房服役多年后存在的部分已有损伤问题
缩荷载作用下，微裂纹从界面扩展和汇聚到砂浆中，而且微裂纹的扩展和汇聚更为明显。图 c 是在疲劳荷载作用下的损伤状态，与其他导致微裂纹扩展的损伤效应相比，疲劳加载引入了更多新的微裂纹。其原因是疲劳荷载的能量大大低于极限荷载，而创造更多新微裂纹所需的能量比使微裂纹扩展的能量更小，所以新的微裂纹更容易出现。在这种现象作用下，混凝土在疲劳破坏之前就出现了大量的疲劳裂纹，而破坏时裂纹快速贯通导致结构迅速失效，有很大的安全隐患。以上分析说明，混凝土材料在宏观裂缝出现之前，其内部结构中已经存在了大量的微裂纹和微空洞，它们的出现和扩展影响了材料与结构的强度和寿命。为了研究这一现象，人们将材料或结构中出现的微观缺陷称为损伤。目前材料损伤的描述模型可以按照材料的特征长度和研究方法分为微观、细观和宏观三种。其中宏观损伤模型基于宏观尺度上的不可逆热力学和连续介质力学，把包含大量缺陷的材料视为一种含有损伤场的连续体，并引入损伤变量来描述损伤状态，可以唯象地确定含缺陷材料的损伤演化规律。宏观唯象的损伤力学模型具有严密的数学理论推导，可适用于材料或结构的数值模拟，并已经广泛地应用于工程实际，很好地解释了若干材料的损伤和破坏现象[3]。a b c
24图 3-2 中给出的应力云图分别为吊车作用点在牛腿柱上和吊车梁跨中时的局部应分布（此时施加的荷载为额定最大轮压）。可以明显地观察到，吊车梁的端部和跨中的力水平比较大，考虑到混凝土对受拉应力十分敏感，吊车梁的跨中底部需要重点考察3.1.2 关键构件的识别该厂房的吊车起重量为 10t，参考大连起重机器厂 5~50/10t 吊钩桥式起重机技术格[58]，可得吊车车轮额定最大轮压为 136kN。考虑吊车梁上竖直吊车荷载为额定最大压的最不利工况，计算得到各构件危险截面的应力时程如图 3-3 所示。根据得到的应力时程和现场检测结果的损伤信息，可以得出以下结果：① 在混凝土构件中，吊车梁端部截面、梁跨中截面的应力水平和应力幅最大，其是上柱底截面和下柱底截面。分析其原因，吊车梁是直接承受吊车荷载的构件，端部
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业厂房吊车荷载的概率模型和组合方法[J]. 姚继涛,谷慧. 建筑结构学报. 2016(11)
[2]混凝土疲劳分析方法综述[J]. 丁兆东,李杰. 力学与实践. 2015(01)
[3]HRBF500钢筋混凝土梁疲劳损伤机理研究[J]. 王新玲,康现栋,李可,黄伟东. 工业建筑. 2013(11)
[4]大跨钢桥钢箱梁损伤时变模型及疲劳可靠性评估[J]. 王莹,李兆霞,赵丽华. 东南大学学报(自然科学版). 2013(05)
[5]大型土木结构多尺度损伤预后的现状、研究思路与前景[J]. 李兆霞. 东南大学学报(自然科学版). 2013(05)
[6]移动荷载在ABAQUS中的模拟研究[J]. 李才志,张春华. 水运工程. 2012(09)
[7]钢筋混凝土桥梁疲劳累积损伤失效过程简化分析方法[J]. 朱劲松,朱先存. 工程力学. 2012(05)
[8]一种修正的混凝土弹性损伤本构模型及其应用[J]. 李正,李忠献. 工程力学. 2011(08)
[9]在役钢筋混凝土结构基于可靠性的疲劳寿命分析[J]. 赵尚传,赵国藩,贡金鑫. 工程力学. 2002(04)
[10]混凝土疲劳寿命规律预测新方法[J]. 李靖华,李果,刘刚. 大连理工大学学报. 1997(S1)
博士论文
[1]混凝土多轴疲劳破坏准则研究[D]. 赵东拂.大连理工大学 2002
本文编号：3479686
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