[发明专利]考虑荷载频率的水泥基材料疲劳寿命概率模型的建立方法

说明书

本发明公开了一种考虑荷载频率的水泥基材料疲劳失效概率和疲劳寿命概率模型的建立方法。基于水泥基材料的准静态加载强度和不同荷载频率下的疲劳寿命，可以简便、快速地得到水泥基材料的疲劳寿命概率模型。所述模型一方面可以通过疲劳荷载循环次数来预测水泥基材料以及使用水泥基材料的结构的疲劳失效概率，另一方面，可以通过疲劳失效概率的设定来计算水泥基材料及结构的疲劳寿命，为相应结构的疲劳性能设计和疲劳荷载下结构的服役状况检测和评定提供新途径和新方法。

技术领域

本发明专利属于水泥基材料疲劳概率模型技术领域。

背景技术

水泥基材料是以水泥作为胶凝材料的工程材料。自19世纪波特兰水泥问世以来，混凝土等水泥基材被广泛用于交通、建筑、水利、海洋等工程领域，是工程建设中用量最大的材料。20世纪初，随着钢筋混凝土桥梁的建设和发展，对水泥基材料疲劳性能的相关研究也逐步开展。21世纪以来，随着高速公路、高速铁路、超高层建筑、特高大坝、跨海大桥、海洋平台等大型基础设施的建设，水泥基材料及其结构应用中的疲劳性能成为土木工程领域关注的重点之一。水泥基材料的疲劳性能参数存在离散性较大的特点，因而通常会引入概率分布的概念来表征其疲劳可靠度。然而关于如何建立水泥基材料疲劳寿命概率模型的尚未有相关研究报道。与此同时，对于使用水泥基材料的各类结构而言，所承受疲劳荷载的荷载频率也不尽相同。因此，提出一种考虑荷载频率的水泥基材料疲劳寿命概率模型，可以为相应结构的疲劳性能设计和疲劳荷载下结构的服役状况检测和评定提供新途径和新方法。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种考虑荷载频率的水泥基材料疲劳失效概率模型的建立方法。为此，本发明采用以下技术方案：

一种考虑荷载频率的水泥基材料疲劳失效概率模型的建立方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)根据多组某种水泥基材料在不同荷载频率下的疲劳寿命，得到各荷载频率下疲劳寿命的威布尔分布参数：比例参数λ_f，形状参数k_f，f表示该组试样的荷载频率，f为0时表示准静态加载；根据所述水泥基材料的准静态加载强度，得到准静态加载强度的威布尔分布参数：比例参数λ₀，形状参数k₀，位置参数σ₀。

此步骤中，可以得到所述各荷载频率(f₁、f₂、……、f_n)作用下的疲劳寿命的比例参数λ_f1、λ_f2、……、λ_fn，形状参数k_f1、k_f2、……、k_fn，以及所述准静态加载强度的比例参数λ₀，形状参数k₀，位置参数σ₀。

(2)建立函数g(f)＝k_f/k₀；建立函数h(f)＝λ_f^g(f)/λ₀。

此步骤中，通过数据点k_f1/k₀、k_f2/k₀、……、k_f3/k₀，可以建立关于荷载频率f的函数g(f)，所述函数g(f)的形式可以是任意满足上述数据点的函数形式。在此基础上，通过数据点λ_f1^g(f₁)/λ₀、λ_f2^g(f₂)/λ₀、……、λ_fn^g(f_n)/λ₀，可以建立关于荷载频率f的函数h(f)，所述函数h(f)的形式可以是任意满足上述数据点的函数形式。

(3)根据上述步骤所得参数和函数，所述水泥基材料在荷载频率f作用时，疲劳荷载循环次数N所对应的疲劳失效概率PF为：