焊接空间网架结构全寿命期风致疲劳分析

摘要：针对焊接空间网架结构在服役期内，随着使用年限增加而导致结构刚度逐渐降低，使得结构风致疲劳损伤加剧，威胁结构使用安全，提出了对焊接网架结构进行全寿命期的风致疲劳分析方法。首先分析焊接节点与杆件之间连接刚度随裂缝损伤变化的关系式；再通过高周疲劳试验，获得节点与杆件之间焊材的应力-寿命（S-N）曲线及疲劳参数；然后建立网架结构刚度可变模型并对其进行风荷载作用下的应力时程分析，利用雨流计数法对应力时程进行循环计数，采用Basquin模型的疲劳寿命估算公式和Miner线性累加损伤理论，从而得到杆件连接处的累积疲劳损伤值和疲劳寿命，最后根据D=1时发生疲劳破坏和杆件连接处刚度随疲劳损伤的变化关系来分析100年全寿命期间所有杆件连接处的疲劳损伤状态。本文以武汉体育中心游泳馆屋顶网架结构为背景，分析了该结构在无焊接缺陷、有10%的焊接缺陷随机分布和最不利分布三种工况下的100年使用期内，随结构刚度不断降低时的疲劳状态。结果表明：网架结构在服役期间，随着结构刚度的降低，疲劳损伤程度不断加剧，发生连接疲劳破坏的杆件数量大幅增加；特别是有焊接初始缺陷时，结构刚度降低的更快，发生连接疲劳破坏的杆件数量更多；即使在良态风环境下，也有杆件连接处发生了疲劳破坏。因此，对网架结构进行全寿命期的疲劳破坏分析对保证其风致安全十分必要。

关键词: 网架结构；风致疲劳；全寿命期；刚度可变；焊接缺陷