(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211318654.X (22)申请日 2022.10.26 (71)申请人 中冶建筑研究总院有限公司 地址 100088 北京市海淀区西土城路3 3号 院 申请人 哈尔滨工业大 学 (72)发明人 曾立静　张文元　张泽宇　王月栋　 刘洁　郑明召　马青　 (74)专利代理 机构 北京双收知识产权代理有限 公司 11241 专利代理师 窦志梅 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 17/12(2006.01)G06F 17/16(2006.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 基于疲劳寿命预测的支撑钢框架设计参数 选取方法 (57)摘要 本发明的基于疲劳寿命预测的支撑钢框架 设计参数选取方法， 支撑钢框架包括： 支撑杆和 两个节点板， 在支撑杆的两端分别通过一个节点 板分别固定在钢梁和钢柱上， 该方法包括： 根据 现有支撑钢框架， 模拟出支 撑钢框架的损伤关键 位置应力应变场， 并且 得到支撑杆和节点板的相 关的设计参数； 计算出支撑杆的低周疲劳寿命 方 程； 计算出与上述支撑杆对应节 点板的低周疲劳 寿命方程； 确定支撑钢框架的选择参数； 本发明 方法基于试验分析数据和数值模拟数据并经统 计得到的， 准确度较高且考虑因素较全面， 为中 心支撑框架的低周疲劳损伤评估和寿命预测提 供理论基础， 可用于支撑框架抗震设计安全性评 价工作。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 115544794 A 2022.12.30 CN 115544794 A 1.一种基于疲劳寿命预测的支撑钢框架设计参数选取方法， 支撑钢框架包括： 支撑杆 (3)和两个节点板(4)， 在支撑杆(3)的两端分别通过一个节点板(4)分别固定在钢梁(1)和 钢柱(2)上， 基于疲劳寿命预测的支撑钢框架设计参数选取 方法包括： (一)、 根据现有支撑钢框架， 模拟出支撑钢框架的损伤关键位置应力应变场， 并且得到 支撑杆(3)和节点板(4)的相关的设计参数 (a)、 获取若干支撑钢框架的损伤关键位置应力应 变场 从支撑杆(3)的支撑长细比λB、 节点板(4)长细比λP、 支撑腹板宽厚比h0/tw、 支撑翼缘宽 厚比b/t、 连接系数k、 梁柱高度比ξ和层间位移角 δ， 这七项设计参数的标准分类中设计每一 种支撑钢框架， 其中支撑杆(3)的支撑长细比λB分别为50、 60、 70、 80、 90和100； 节点板(4)的 长细比λP由节点板净距比Loff/tp决定， 节点板净距比Loff/tp分别为‑6、‑2、 2， 其中Loff为净 距， tp为节点板厚度， 根据节点板净距比Loff/tp确定出L1、 L2和L3,其中L1为节点板(4)支撑端 部距钢柱(2)的距离， L2为节点板(4)支撑端 部距钢梁(1)和钢柱(2)交叉点的距离， L3为节点 板(4)支撑端部距钢梁(1)的距离， 通过计算公式 ‑‑公式(1),计算出节 点板长细比λP； 支撑腹板宽厚比h0/tw分别为20、 21、 22、 23、 25、 27； 支撑翼缘宽厚比b/t分别 为6、 7、 8、 9、 10和11； 连接系数k分别为1、 1.1、 1.2、 1.3、 1.4、 1.5和1.6； 梁柱高度比ξ分别为 0.7、 0.84和1； 层间位移角 δ分别为1/100、 1/70和1/50， 每一种支撑钢框架对应一种支撑杆 (3)和相应的节 点板(4)设计参数的组合， 基于若干个 设计参数的组合进 行数值模拟得到每 一种支撑钢框架的损伤关键位置应力应 变场； (b)、 支撑杆(3)的相关 设计参数 与支撑杆(3)相关的设计参数分别为支撑长细比λB、 支撑翼缘宽厚比b/t、 连接系数k、 梁 柱高度比ξ和层间位移角 δ； (c)、 节点板(4)的相关 设计参数 与节点板(4)相关的设计参数分别为支撑长细比λB、 节点板长细比λP、 连接系数k、 梁柱 高度比ξ和层间位移角 δ； (二)、 计算出支撑杆(3)的低周疲劳寿命方程 (d)、 求出若干根支撑杆(3)的低周疲劳寿命 根据步骤(a)得到的若干支撑钢框架的损伤关键位置应力应变场， 通过力学矩阵变换， 获得每一根支撑杆(3)在其损伤关键位置的最大剪应变幅Δγmax； 最大剪应变幅所在平面 的最大正应力σn,max； 单元临界面的法向正应变幅Δ εn； 并根据以下修正的临界面法的LZH公 式(2)分别求出若干根支撑杆(3)的低周疲劳寿命； 其中： σ′f为疲劳强度系数， a为疲劳强度指数， ε ′f为疲劳延性系数， b为疲劳延性指数， E 为钢材弹性模量， fy是钢材屈服强度， 以上6项为钢材材料系数， 由钢材材料试验获得， 对于 支撑杆(3)， ω取1； (e)、 根据支撑杆(3)低周疲劳寿命预测模型公式， 计算出相应系数 将步骤(d)得到若干根支撑杆(3)的寿命， 及步骤(b)所选相应每支撑杆(3)的相关设计权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115544794 A 2参数代入公式(3)中， 通过编程， 运用最小二乘法和求解多元线性方程组， 拟合得出各系数值b0、 b1、 b2、 b3、 b4 和b5,即得到了支撑杆(3)的寿命方程(3)； (三)、 计算出与上述支撑杆(3)对应节点板(4)的低周疲劳寿命方程 (f)、 求出若干个节点板(4)的低周疲劳寿命 根据步骤(a)得到的若干支撑钢框架的损伤关键位置应力应变场， 通过力学矩阵变换， 获得每个节点板(4)在其损伤关键位置的最大剪应变幅Δγ ’max； 最大剪应变幅所在平面的 最大正应力σ ’n,max； 单元临界面的法向正应变幅Δ ε ’n； 并根据以下修正的临界面法的LZH公 式(4)分别求出若干个节点板(4)的低周疲劳寿命； 根据以下修 正的临界面法的LZH公式(4)分别求出每 个节点板(4)的寿命 其中： σ′f为疲劳强度系数， a为疲劳强度指数， ε ′f为疲劳延性系数， b为疲劳延性指数， E 为钢材弹性模量， fy是钢材屈服强度， 以上6项为钢材材料系数， 由钢材材料试验获得， 对于 节点板(4)， ω ’取0.5； (g)、 根据节点板(4)低周疲劳寿命预测模型公式， 计算出相应系数 将步骤(f)得到每个节点板(4)的寿命， 及步骤(c)的相应每个节点板(4)的相关设计参 数代入公式(5)中， 通过编程， 运用最小二乘法求解多元线性方程组拟合得出各系数值c0、 c1、 c2、 c3、 c4和 c5,即得到了节点板(4)的寿命方程(5)； (四)、 确定支撑钢框架的选择参数 (g)、 选择要设计的支撑钢框架的参数 要设计的支撑杆(3)和节点板(4)具有与上述支撑杆(3)和节点板(4)相同的材料和结 构， 初选出支撑杆(3)支撑长细比λB、 支撑翼缘宽厚比b/t、 连接系数k、 梁柱高度比ξ、 层间位 移角 δ和节点板(4)的净距比Loff/tp， 并且根据净距比Loff/tp计算出节点板(4)长细比λP； (h)、 根据公式(3)和公式(5)计算出要设计的支撑钢框架中支撑杆(3)和对应的节点板 (4)的寿命 得到N’B和N’C， 当N’B>N’C时， 重复步骤(g),重新选择支撑杆(3)支撑长细比λB、 支撑翼缘宽厚比b/t、 连 接系数k、 梁柱高度比ξ、 层间位移角 δ和节点板(4)的净距比Loff/t中的任意 一项或多 项； 当N’B≤N’C时， 步骤(g)选出的支撑杆(3)支撑长细比λB、 支撑翼缘宽厚比b/t、 连接系数 k、 梁柱高度比ξ、 层间位移角 δ和节点板(4)的净距比Loff/tp满足要求。 2.如权利要求1所述的基于疲劳寿命预测的支撑钢框架设计参数选取方法， 其特征在权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115544794 A 3