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在役钢结构吊车梁疲劳可靠性与安全控制研究

幸坤涛

  疲劳失效是工程结构在承受反复荷载作用下的主要失效模式之一,据调查工业厂房钢结构吊车梁系统的破坏80~90%都是由于疲劳引起的。研究钢结构吊车梁承受的疲劳荷载与各种构造连接的抗力统计特性,分析构造细节的疲劳可靠性,进而对其进行疲劳安全控制,对于在役钢结构吊车梁的鉴定与加固具有非常重要的实用价值与指导意义:本文以结构可靠度理论为基础,对在役钢结构吊车梁的疲劳可靠性、安全控制应用与维修加固决策进行了研究,研究的内容包括以下几个方面。1、在大量工程调查及以往工程鉴定实例基础上,总结出在役钢结构吊车梁系统的主要破坏形式,分析其破坏原因,建立在役钢结构吊车梁疲劳安全控制的基本步骤。2、在大量调查的基础上,对吊车梁所承受的疲劳荷载效应与等效等幅应力进行了统计分析,同时根据国内外有关各构造细节的疲劳资料对疲劳抗力参数进行了统计分析,为建立疲劳动态可靠性分析模式奠定基础。3、在对疲劳荷载与抗力统计分析的基础上,视吊车荷载与疲劳强度为随机过程,建立了基于极限应力模式的疲劳动态可靠性分析模型及基于累积损伤模型的疲劳动态可靠性分析模型。分析表明两者在本质上是一致的。4、在上述工作的基础上,基于疲劳动态可靠性,提出了钢结构吊车梁疲劳安全控制评定方法;从Miner累积损伤的定义出发,提出了在役钢结构吊车梁疲劳剩余寿命评估的可靠寿命评估方法,与现行《钢结构检测评定与加固技术规程》(YB9257-96)中的安全期限寿命评估方法进行了分析比较,解释了安全期限寿命评估方法的概率意义,通过算例说明了本文提出的可靠寿命评估方法的合理性。5、基于疲劳动态可靠性,对在役钢结构吊车梁的维修加固策略进行了探讨,考虑维修加固效益和维修加固后的经济影响,提出了以疲劳动态可靠性为约束,以维修加固总效益为目标函数的优化决策模式,并通过某钢厂圆弧端吊车梁的维修加固实例验证,可为工业建筑吊车梁的设计,管理和维护提供依据。6、通过钢结构吊车梁实测资料与以往疲劳试验资料进行统计分析,提出了荷载与抗力的统计参数,用一次二阶矩方法对钢结构规范中规定的8类连接和构造型式的疲劳可靠性进行了校准分析,根据计算结果给出疲劳目标可大连理工大学博士学位论文一靠指标的建议值与分项系数的设计表达式。利用有限元方法对某钢吊车行架节点极进行了计算分析,并与现场实测应力结果进行对比。在此基础上,确定了节点板疲劳计算应力。之后,对钢吊车桥架的下弦节点板进行了疲劳强度验算。得出结论认为按《钢结构设计手册》中的扩散角计算节点板疲劳强度有时是偏于危险的。本文研究工作由国家科技部社会公益项目“基于可靠性的工业建筑安全控制技术研究”资助。……