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钢桁梁悬索桥构造细节S-N曲线确定及在疲劳评估中应用
| 论文题名： | 钢桁梁悬索桥构造细节S-N曲线确定及在疲劳评估中应用 |
| 关键词： | 公路悬索桥;钢桁梁;主桁杆件;疲劳寿命;评估指标 |
| 摘要： | 悬索桥因其能够实现特大和超长跨度而被广泛应用于桥梁工程中。钢桁梁形式的全焊结构作为双层悬索桥的主要结构形式，具有自重轻、制造方便、生产效率高等优点，但由此引出了焊接部位的疲劳问题，由于焊缝交叉部位开过焊孔处导致截面削弱，从而引起结构某些部位材质变脆，相应的疲劳强度大幅度减小。随着桥梁结构形式的多样化，出现了很多规范上没有的构造细节，因此，对全焊钢桁梁焊缝交叉部位过焊孔新型关键构造细节进行疲劳分析具有重要的理论意义与工程实用价值。 武汉杨泗港长江大桥为主跨1700米的双层公路钢桁梁悬索桥，是武汉市一条重要的过江通道，荷载水平高，疲劳风险等级大。该桥钢桁梁在国内首次采用全焊结构形式，大大减轻了主梁的自重，也产生了新的构造细节。基于工程界的应用需求，本文以此桥为工程依托，针对钢桁梁焊接交叉部位过焊孔构造，通过ANSYS Workbench仿真分析获得构造细节S-N曲线。采用MIDAS/Civil建立全桥空间有限元模型，对主桁杆件进行疲劳寿命评估。本文取得了以下成果： （1）设计了两种新型钢桁梁盖板对接焊缝与竖板对接焊缝交叉部位过焊孔构造细节，一种是圆弧过渡，另一种是直角过渡，通过ANSYS Workbench数值模拟对比两种构造细节的力学性能，确定了直角过渡过焊孔构造为适用于杨泗港长江大桥的构造形式。 （2）基于名义应力法，根据杨泗港长江大桥主桁杆件所用钢材疲劳性能，采用Workbench软件仿真模拟构造细节S-N曲线，拟合出直角过渡构造细节S-N曲线表达式为：1gN+3.0051gσ=11.769，200万次循环对应的疲劳强度为66.47MPa；直角过渡补强构造S-N曲线表达式为：1gN+3.1441gσ=12.44，200万次循环对应的疲劳强度为89.66MPa。结果表明杨泗港长江大桥主桁杆件经过补强后，疲劳强度显著提升，满足设计要求。 （3）采用MIDAS/Civil软件建立杨泗港长江大桥空间有限元模型，以荷载影响线原理为依据，获得了主桁各杆件应力幅最大单元的位置。模型中以中国最新公路规范《公路钢结构桥梁规范》中的标准疲劳车为加载车辆，探明了主桁杆件200万次等效应力幅，并与理论计算出的补强构造S-N曲线200万次疲劳容许应力对比。结果表明主桁杆件最大应力幅为61.958MPa，小于容许应力幅89.66MPa，因此杨泗港长江大桥主桁杆件疲劳性能满足设计要求。 |
| 作者： | 王盼 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 刘沐宇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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