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原文传递钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命预测

论文题名：	钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命预测
关键词：	钢桥墩;疲劳裂纹;寿命预测
摘要：	近年来，世界范围内大地震频发，对地震灾区的交通设施造成了巨大的破坏，尤其是桥墩的破坏。传统的钢筋混凝土桥墩由于自重大、延性差等特点导致损毁严重，而钢桥墩具有更高的强度和更好的抗震性能。另外，钢桥墩具有质量轻、占地面积少、施工工期短等优势，在日本等一些发达国家获得广泛应用。地震中，钢桥墩通过非弹性往复大变形来耗散地震能量，从而在桥墩与基础连接处产生很大的塑性应变，该应变通常可以达到钢板屈服应变的数倍以上，并在较少的循环次数下产生超低周疲劳破坏。因此，针对钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命预测的研究具有很强的现实意义。　　本文的研究对象为顶部施加恒定轴向力以及水平往复位移的钢桥墩，使用有限元软件ABAQUS对钢桥墩进行三维弹塑性有限元分析计算，研究钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命的最佳预测方法以及裂纹萌生寿命的影响因素。主要研究成果如下：　　（1）基于试验结果，对15个不同参数的钢桥墩建立相应的三维弹塑性有限元模型进行计算分析。通过模拟结果与试验结果的比较，发现在超低周疲劳裂纹产生前两者的水平荷载-水平位移滞回曲线吻合良好。　　（2）在网格密度分别为2×2mm、1×1mm和0.5×0.5mm下，使用Ge模型中的局部损伤法和非局部损伤法对三种加载形式下的钢桥墩进行裂纹萌生寿命预测。通过比较发现，网格密度为2×2mm下的非局部损伤法适合于钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命预测。对于Q345系列钢桥墩，通过 Ge模型中的非局部损伤法得到的疲劳裂纹萌生寿命预测值与试验结果相比偏向于保守；而对于Q235系列钢桥墩，通过非局部损伤法得到的结果略微大于试验值。　　（3）对钢桥墩靠近基础的角部网格加密区域采用三维实体单元建模，在网格密度分别为2×2mm和1×1mm下，使用CVGM（循环空穴扩张模型）对三种水平往复位移荷载作用下的Q345系列钢桥墩进行裂纹萌生寿命预测。通过比较发现，网格密度为1×1mm条件下由CVGM模型得到的裂纹萌生寿命值更加可靠，Ge模型中的非局部损伤法最适合于对钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命进行预测。　　（4）采用网格密度为2×2mm的非局部损伤法对72个钢桥墩试件的超低周疲劳裂纹萌生寿命进行预测，另外对轴压比的影响也做了一些研究。得出以下主要结论：(a)在翼缘宽厚比相同的情况下，随着通用长细比的增大，裂纹萌生寿命基本保持不变。(b)当试件通用长细比较小时，裂纹萌生寿命随着翼缘宽厚比的增大而减小；当试件通用长细比较大时，局部失稳时的半周期数小于等于裂纹萌生寿命预测值。针对翼缘宽厚比对裂纹萌生寿命预测值的影响，本文通过参数化分析提出了预测钢桥墩裂纹萌生寿命的经验公式，以供工程设计参考。(c)当加载位移幅值一致时，轴压比对于超低周裂纹萌生寿命基本没有影响。当加载位移幅值采用不同轴压比下的屈服位移值时，超低周疲劳裂纹萌生寿命随着轴压比的增大而增大。
作者：	池世粮
专业：	建筑与土木工程
导师：	高圣彬
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文