[发明专利]焊接空间网架节点焊缝风致多轴高周疲劳损伤评定方法

说明书

本发明公开了一种焊接空间网架结构节点焊缝风致多轴高周疲劳损伤评定方法，属于结构工程领域，包括：对网架结构进行风荷载作用下的响应时程分析；建立各焊接节点的有限元模型，将网架结构各杆件的内力时程作为边界条件，分析节点疲劳危险点处的等效应力时程，采用雨流计数对等效应力时程进行计数，找出各个全循环起始时刻，确定循环个数及其对应的原始剪应力和正应力时程；在确定的各循环中搜索临界面，统计临界面上的最大剪应力及最大正应力幅值，根据幅值比得到疲劳参数及各循环内的疲劳失效次数，根据所有循环内的疲劳失效次数得到所有循环内的疲劳损伤量以及总体疲劳寿命。本发明方法不仅易于实现，而且能够正确评定网架结构的疲劳性能。

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，更具体地，涉及一种焊接空间网架结构节点焊缝在风荷载作用下的疲劳损伤评定方法。

背景技术

焊接空间网架结构多用于展览馆、体育馆、剧院等，是一类应用非常广泛的土木工程结构。它由杆件通过节点，按照一定规律组成的网状空间杆系结构，由圆钢管与焊接空心球节点连接成整体结构。风荷载是此类结构的主要设计荷载，在三维随机风场作用下，管球焊接节点处于复杂多轴应力状态下，产生的疲劳损伤形式是多轴高周疲劳。2004年，法国戴高乐机场候机厅发生垮塌，事故调查结果表明：存在初始裂纹的节点焊缝在风荷载作用下，疲劳损伤不断累积导致结构破坏。因此，研究焊接空间网架结构节点焊缝在风荷载作用下的疲劳损伤评定方法对掌握该结构的疲劳性能保证其风致安全有重要的意义。

对焊接空间网架结构内力分析表明，焊接空心球节点空间网架结构的疲劳性能取决于节点疲劳，而该节点的疲劳问题又主要是管球连接的疲劳；从结构疲劳试验结果来看，疲劳断口大多数发生在节点部分的焊缝和钢管端部。但是，目前对焊接空间网架结构风致疲劳分析方法几乎没有涉及到节点焊缝的疲劳分析，更没有考虑网架结构风致疲劳的多轴高周特点，主要集中在网架结构杆件的疲劳分析，这些研究的思路是：首先获得杆件材料应力疲劳寿命的S-N曲线，建立网架结构的有限元模型，分析在随机风荷载作用下的应力时程，然后采用雨流计数法得到应力循环史，最后借助Miner线性累积损伤准则来计算出疲劳损伤因子，判断疲劳寿命。由于焊接接头的疲劳性能远低于母材，当循环周次在5×10⁶(高周)条件下，焊接接头的疲劳强度仅为母材的50％左右。焊接对焊接节点的疲劳性能造成极大影响，疲劳强度相较母材下降很多；而且网架结构焊接节点截面形状复杂，焊缝处存在着应力集中，在随机风荷载作用下，易出现疲劳损伤，随着疲劳损伤程度加剧会导致节点焊缝处裂缝进一步扩展，危及结构使用安全。因此，采用现有分析方法测定结构疲劳会与实际出现较大偏差；使得分析测定结构疲劳性能和寿命偏于不安全。

综上所述，焊接空间网架结构在风荷载作用下，疲劳损伤发生在节点焊缝处，考虑节点焊缝焊材的疲劳参数，以及节点高周多轴的疲劳特性，正确评定网架结构的疲劳，对保障此类结构的风致安全有着十分重要的意义。因此，提出适用于焊接网架结构节点焊缝风致高周多轴疲劳损伤评定方法是目前亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种焊接空间网架结构节点焊缝风致多轴高周疲劳损伤评定方法，由此解决现有分析方法测定结构疲劳会与实际出现较大偏差，使得分析测定结构疲劳性能和寿命偏于不安全的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种焊接空间网架结构节点焊缝风致多轴高周疲劳损伤评定方法，包括：

建立网架结构的有限元模型，并根据作用在所述网架结构上的风荷载对所述网架结构进行风荷载作用下的响应时程分析；

采用子结构分析法建立各焊接节点的三维实体有限元模型，并将分析得到的所述网架结构各杆件的内力时程作为对应焊接节点的三维实体有限元模型的边界条件，分析各焊接节点疲劳危险点处的等效应力时程，采用雨流计数对所述疲劳危险点处的等效应力时程进行计数，找出各个全循环起始时刻，确定循环个数及每个循环对应的原始剪应力和正应力时程；