ارزیابی قابلیت اعتماد خستگی پل های فولادی مبتنی بر نظارت
چکیده
مدل قابلیت اعتماد خستگی که یک توزیع احتمالی محدوده تنش نقطه حساس را با فرمول احتمالی پیوسته از قانون خسارت تجمعی ماینر ادغام می‌کند، برای عمر خستگی و ارزیابی قابلیت اعتماد پل های فولادی با داده های نظارت بلندمدت توسعه‌یافته است. با در نظر گرفتن هر دو تنش اسمی به‌دست‌آمده از اندازه گیری و فاکتور تمرکز تنش متناظر به عنوان متغیر های تصادفی، یک مدل احتمالی از تنش نقطه حساس با استفاده از منحنی S-N و قانون ماینر فرمول بندی شده است، که سپس برای ارزیابی عمر خستگی و احتمال شکست به کمک تئوری قابلیت اعتماد سازه استفاده شده است. روش پیشنهادی با استفاده از داده های نظارت بلند مدت بر کرنش از پل مجهز تسینگ ما توضیح داده شده است. طیف استاندارد تنش روزانه محاسبه شده برای ترافیک بزرگراه، ترافیک راه آهن و اثرات طوفانی با استفاده از داده های نظارت بدست آمده است. سپس مدل های اجزا محدود کلی و محلی پل (FEMS) برای محاسبه SCF به طور عددی در موقعیت های در معرض خستگی توسعه یافته اند، درحالیکه مشخصات تصادفی SCF به عنوان نمونه برای یک اتصال T شکل جوشکاری شده توسط آزمایشات مدل مقیاس کامل یک قسمت تیر خط آهن پل بدست آمده اند. یک تابع چگالی احتمالی چند متغیره (PDF) از داده های نظارت با استفاده از توزیع های وایبول ترکیبی محدود در رابطه با یک الگوریتم تخمین پارامتر هیبریدی بدست آمده است. احتمال شکست و شاخص قابلیت اعتماد در برابر عمر خستگی از اتصال PDF بدست آمده از تنش نقطه حساس براساس تنش اسمی و متغیر های تصادفی SCF حاصل شده است.
مقدمه
خستگی یک فرآیند تصاعدی و متمرکز است که در آن آسیب های سازه به علت اعمال مکرر بار های خارجی مانند عبور وسائل نقلیه از روی پل های فولادی به طور پیوسته تجمع می یابند، درحالیکه این بار های وارد شده ممکن است کمتر از ظرفیت مقاومت سازه باشند. از یک دیدگاه فراگیر خستگی فلز، فرآیند خستگی فرض شده است که از یک ترک داخلی یا سطحی در جاییکه تنش ها متمرکز هستند شروع می شود، و در ابتدا شامل جریان برشی در امتداد صفحات لغزشی است. در معرض تعدادی چرخه های بارگذاری قرار گرفتن، این لغزش موجب ایجاد نفوذ و اکستروژن می شود و در نهایت باعث تشکیل ترک می شود. با گسترش ترک ها، سرانجام منجر به شکست خستگی در اجزای سازه می شود (اسکایو 2001). خستگی یکی از اصلی ترین دلایلی است که با شکست های مهلک مکانیکی سازه های مهندسی عمران همچنین امکانات حمل و نقل و سیستم-های زیربنایی سر و کار دارد. چنین اتفاقات ویرانگری به طور ناگهانی اتفاق می افتد و موجب اتلافات سنگین جانی و مالی می شود (رید و همکاران 1983؛ فیشر 1984؛ استفان و همکاران 2001).
نتیجه گیری
در این تحقیق، یک مدل قابلیت اعتماد خستگی از طریق یکپارچگی توزیع احتمالی محدوده نقطه حساس به طور یکتا با یک فرمول احتمالی پیوسته از قانون ماینر پیشنهاد داده شده است، و برای ارزیابی عمر خستگی احتمالی پل تسینگ ما با استفاده از داده های نظارت کرنش از یک سیستم بلند مدت SHM بکار گرفته شده است که به طور ثابت روی پل نصب شده است. با در نظر گرفتن ترافیک بزرگراه و راه آهن و اثرات گردباد، یک طیف تنش استاندارد براساس نظارت بر بررسی دقیق داده های اندازه گیری دقیق کرنش یک ساله بدست آمده است. روش توزیع های ترکیب محدود در رابطه با یک روش تخمین پارامتری هیبریدی برای تولید PDF محدوده تنش بکار گرفته شده است، درحالیکه SCF ها در موقعیت های بحرانی خستگی توسط تحلیل روش اجزا محدود محاسبه شده اند.
Abstract
A fatigue reliability model which integrates the probability distribution of hot spot stress range with a continuous probabilistic formulation of Miner’s damage cumulative rule is developed for fatigue life and reliability evaluation of steel bridges with long-term monitoring data. By considering both the nominal stress obtained by measurements and the corresponding stress concentration factor (SCF) as random variables, a probabilistic model of the hot spot stress is formulated with the use of the S-N curve and the Miner’s rule, which is then used to evaluate the fatigue life and failure probability with the aid of structural reliability theory. The proposed method is illustrated using the long-term strain monitoring data from the instrumented Tsing Ma Bridge. A standard daily stress spectrum accounting for highway traffic, railway traffic, and typhoon effects is derived by use of the monitoring data. Then global and local finite element models (FEMs) of the bridge are developed for numerically calculating the SCFs at fatigue-susceptible locations, while the stochastic characteristics of SCF for a typical welded T-joint are obtained by full-scale model experiments of a railway beam section of the bridge. A multimodal probability density function (PDF) of the stress range is derived from the monitoring data using the finite mixed Weibull distributions in conjunction with a hybrid parameter estimation algorithm. The failure probability and reliability index versus fatigue life are achieved from the obtained joint PDF of the hot spot stress in terms of the nominal stress and SCF random variables.
Introduction
Fatigue is a progressive and localized process in which structural damage accumulates continuously due to the repetitive application of external loadings such as vehicles for steel bridges; while these applied loadings may be well below the structural resistance capacity. In a pervasive perspective of metal fatigue, the fatigue process is deemed to initiate from an internal or surface flaw where the stresses are concentrated, and originally consists of shear flow along slip planes. Suffering from an amount of load cycles, this slip generates intrusions and extrusions and ultimately results in forming into a crack. With the propagation of cracks, it will eventually lead to fatigue failure in the structural components Schijve 2001. Fatigue is one of the main causes involved in fatal mechanical failures of civil engineering structures as well as transportation facilities and infrastructure systems. Such devastating events occur suddenly and result in heavy losses of life and property Reed et al. 1983; Fisher 1984; Stephens et al. 2001.
Conclusions
In this study, a fatigue reliability model has been proposed by uniquely integrating the probability distribution of hot spot stress range with a continuous probabilistic formulation of Miner’s rule, and has been applied for probabilistic fatigue life assessment of Tsing Ma Bridge by use of the strain monitoring data from a long-term SHM system which has been permanently installed on the bridge. Considering highway and railway traffic and typhoon effects, a monitoring-based standard stress spectrum was achieved by carefully examining one-year strain measurement data. The method of finite mixture distributions in conjunction with a hybrid parameter estimation approach was applied to generate the PDF of stress range, while SCFs at fatigue-critical locations were calculated by finite-element analysis method.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
مقدمه
مدل تحلیلی و عملیات عدم اطمینان
مدل قابلیت اعتماد خستگی
عدم اطمینان محدوده تنش
توزیع های ترکیبی محدود
تخمین پارامتر ترکیبی
عدم اطمینان SCF
توضیح با استفاده از داده های نظارت بر حوزه
داده های نظارت بر کرنش دینامیکی
طیف تنش
اتصال PDF محدوده تنش نقطه حساس
محدوده تنش PDF چندوجهی
تحلیل عددی SCF
PDF محدوده تنش نقطه حساس
ارزیابی احتمالی از عمر خستگی
نتیجه گیری
Abstract
Introduction
Analytical Model and Treatment of Uncertainties
Fatigue Reliability Model
Uncertainty of Stress Range
Finite Mixture Distributions
Hybrid Parameter Estimation
Uncertainty of SCF
Illustration Using Field Monitoring Data
Monitoring Data of Dynamic Strain
Stress Spectrum
Joint PDF of Hot Spot Stress Range
Multimodal PDF of Stress Range
Numerical Analysis of SCF
PDF of Hot Spot Stress Range
Probabilistic Assessment of Fatigue Life
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه