[发明专利]钢桥疲劳敏感区的合成疲劳应力获取方法及装置

说明书

本发明实施例提供一种钢桥疲劳敏感区的合成疲劳应力获取方法及装置，该方法包括：获取桥梁疲劳敏感区的残余拉应变；获取外荷载作用下钢桥疲劳敏感区的应变时程数据序列；根据应变时程数据序列，计算应变增量序列；根据所述残余拉应变，确定应力合成前的桥梁疲劳敏感区应力；根据所述残余拉应变、所述应变增量序列和应力合成前的桥梁疲劳敏感区应力，得到桥梁疲劳敏感区的合成疲劳应力。该方法能适应外荷载产生应力的各种方式，有利于根据钢桥所用钢材的材料本构模型与残余拉应变进行有效合成，从而具有较广的适用范围。

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及一种钢桥疲劳敏感区的合成疲劳应力获取方法及装置。

背景技术

钢桥在服役过程中的疲劳开裂问题是桥梁工程领域的工程顽疾，影响钢桥疲劳性能的影响因素很多，在过去的很长时间里，国内外工程技术人员主要关注车辆荷载等外荷载作用对钢桥疲劳性能的影响，形成了系列研究成果与设计方法。然而，近年来越来越多的实际工程案例表明，存在于钢桥结构构件中的残余应力对其疲劳性能具有不可忽视的影响。在钢桥构件工厂加工及现场施工过程中，钢板切割与焊接等施工工艺会在构件中产生残余拉应力，国内外大量计算和测试表明，钢桥中的残余拉应力会接近甚至超过钢材的屈服强度，使得钢桥的某些区域在承受外荷载之前就进入复杂的弹塑性状态。

因此，如何合理、有效地将残余拉应力与外荷载作用下的应力进行合成，是对钢桥疲劳敏感区进行疲劳寿命计算和评估的基础。然而，一方面，国内外目前在进行钢桥疲劳设计时，大多未考虑钢材疲劳应力的影响，导致有时钢桥的疲劳设计寿命与实际寿命存在较大的差异，另一方面，虽然也有部分设计人员认识到了残余应力对钢桥疲劳性能的影响，将残余应力与外荷载产生的应力进行叠加，但是所用方法计算过程复杂、计算耗时很长且难以考虑实测的外荷载应力。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种钢桥疲劳敏感区的合成疲劳应力获取方法及装置。

第一方面，本发明实施例提供一种钢桥疲劳敏感区的合成疲劳应力获取方法，包括：获取桥梁疲劳敏感区的残余拉应变；获取外荷载作用下钢桥疲劳敏感区的应变时程数据序列；根据应变时程数据序列，计算应变增量序列；根据所述残余拉应变，确定应力合成前的桥梁疲劳敏感区应力；根据所述残余拉应变、所述应变增量序列和应力合成前的桥梁疲劳敏感区应力，得到桥梁疲劳敏感区的合成疲劳应力。

进一步地，所述获取外荷载作用下钢桥疲劳敏感区的应变时程数据序列，包括：在钢桥疲劳敏感区布置应变传感器进行实时监测，或采用有限元模型计算，获取外荷载作用下钢桥疲劳敏感区的应变时程数据。

进一步地，所述获取外荷载作用下钢桥疲劳敏感区的应变时程数据序列之后，还包括：提取应变时程数据中的波峰和波谷点，得到新的应变时程数据序列；相应地，所述根据应变时程数据序列，计算应变增量序列，具体为：根据新的应变时程数据序列，计算应变增量序列。

进一步地，根据应变时程数据序列，计算应变增量序列，包括：应变时程数据序列，第一个数据不变，后续每个数据替换为减去前一个数据后的结果。

进一步地，所述根据所述残余拉应变，确定应力合成前的桥梁疲劳敏感区应力，包括：根据所述残余拉应变，采用双线性各向同性硬化模型作为钢桥所用钢材的材料本构模型，确定应力合成前的桥梁疲劳敏感区应力。

进一步地，根据所述残余拉应变、所述应变增量序列和应力合成前的桥梁疲劳敏感区应力，得到桥梁疲劳敏感区的合成疲劳应力，包括：根据所述残余拉应变、所述应变增量序列和应力合成前的桥梁疲劳敏感区应力，基于钢材材料本构模型的加载、卸载规则，得到桥梁疲劳敏感区的合成疲劳应力。

进一步地，根据所述残余拉应变、所述应变增量序列和应力合成前的桥梁疲劳敏感区应力，基于钢材材料本构模型的加载、卸载规则，得到桥梁疲劳敏感区的合成疲劳应力，包括：