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考虑车桥耦合振动的钢梁桥腹板间隙的疲劳分析
| 论文题名： | 考虑车桥耦合振动的钢梁桥腹板间隙的疲劳分析 |
| 关键词： | 腹板间隙;钢梁桥;车桥耦合振动;应力幅冲击系数;疲劳评估 |
| 摘要： | 钢桥平面外变形是钢桥抗疲劳设计的一大难点，钢桥腹板间隙微小的平面外变形可以产生很大的弯曲应力，导致腹板间隙疲劳裂纹的萌发和扩展，萌生于主梁腹板上的疲劳裂纹严重威胁了桥梁的设计使用寿命。许多学者通过静力分析或者在静力分析的基础上叠加一个动力冲击系数来考虑车辆荷载的动力效应对腹板间隙应力的影响。然而，在桥面不平整度较差的情况下，规范中的疲劳动力冲击系数可能低估了车辆动力冲击效应，往往导致腹板间隙的实际疲劳寿命低于设计寿命。为了更准确的研究桥面不平整度退化过程中车辆荷载动力效应对腹板间隙疲劳寿命的影响，本文的研究内容和主要结果如下： (1)根据 AASHTO桥梁设计规范建立了4座不同跨径的 I型简支钢梁桥的有限元模型和疲劳车的三维模型；通过疲劳车移动加载分析了腹板间隙的应力分布规律，并研究了桥梁跨径和腹板间隙长度对腹板间隙应力的影响程度。结果表明腹板间隙长度对腹板间隙应力的影响较小，桥梁跨径是影响腹板间隙应力的主要因素。 (2)在假定的交通量和环境条件下，研究了桥面不平整度的退化过程，得到桥面不平整度从一个等级退化到另一个等级过程中所需的时间和通过车辆的数量，以及桥面不平整度处于不同等级所占的时间比例。 (3)根据桥梁和车辆接触点的作用力和位移关系建立三维车桥耦合振动模型，采用模态叠加技术和四阶伦格库塔法求解，通过数值分析获得不同桥面不平整度等级下腹板间隙的应力和应力幅水平，和不平整度退化过程中车辆荷载动力效应对 I型简支钢梁桥腹板间隙的应力和应力幅冲击系数。结果表明：基于腹板间隙应力幅计算的冲击系数大于传统基于应力的冲击系数；AASHTO规范中采用的疲劳冲击系数0.15在不平整度较差时低估了车辆荷载动力效应对腹板间隙疲劳寿命的影响，基于此本文提出用于腹板间隙疲劳寿命评估的应力幅冲击系数建议值。 (4)本文采用基于 MATLAB编写的雨流计数程序统计疲劳车通过时腹板间隙产生的应力幅，基于 S-N曲线并结合 Palmgren-Miner线性累积损伤准则对钢桥腹板间隙进行疲劳寿命评估。研究结果表明：定期进行桥面维护可以有效减小腹板间隙的疲劳损伤并延长腹板间隙的疲劳寿命。 本文建议的腹板间隙应力幅冲击系数和路面养护时间对评估和延长腹板间隙的疲劳寿命具有重要意义。 |
| 作者： | 屈夏霞 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 邓露 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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