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基于子模型法的跨线天桥疲劳裂纹扩展及剩余寿命评估研究
| 论文题名： | 基于子模型法的跨线天桥疲劳裂纹扩展及剩余寿命评估研究 |
| 关键词： | 跨线人行天桥;疲劳裂纹;剩余寿命;子模型法;动应力响应 |
| 摘要： | 随着我国高铁建设的不断提速，越来越多的高铁车站正在建设或已经建成，跨线人行天桥作为高铁车站的一项基础设施，在旅客分流和保证旅客进站安全方面有着举足轻重的作用。在一些三四线城市，为了提高高铁的运行效率，存在高铁列车不停靠而直接过站的情况，当列车高速通过天桥时，列车引起的风荷载会导致跨线天桥产生较大振动，由于跨线天桥在制作、运输和焊接的过程中，不可避免的会产生裂纹，这些微小裂纹在列车风荷载的反复作用下会不断扩展直至构件突然断裂，这对旅客的出行安全造成了严重威胁，因此研究跨线天桥在列车风荷载作用下疲劳裂纹的扩展及其疲劳剩余寿命对于保证天桥结构自身安全和正常使用，减轻国民经济损失和人员伤亡十分必要。 基于上述思想，本文以株洲西站跨线人行天桥为实际工程背景，对高铁列车通过跨线天桥时天桥的动应力响应分析、疲劳裂纹模拟和裂纹扩展剩余寿命评估进行了深入系统的研究。根据国内外对于跨线人行天桥疲劳裂纹扩展及剩余寿命评估的研究进展与成果，并结合目前研究的实际，本文主要进行了以下几个方面的工作： （1）利用CFD前处理程序GAMBIT建立计算区域整体模型和列车模型，并采用滑移网格技术对计算区域进行网格划分，实现对列车通过时的动态模拟，进而得到高铁列车通过跨线天桥时作用在天桥不同位置处的风压时程。 （2）采用基于子模型法的结构多尺度分析方法，建立了包括跨线天桥整体壳体模型和含裂纹横梁实体子模型在内的跨线天桥结构多尺度有限元模型，并采用1/4中点法来对裂纹尖端应力的奇异性进行模拟。 （3）对跨线天桥整体壳体模型和实体子模型进行动力响应分析，利用雨流计数法提取横梁实体子模型边界处的循环应力幅，分组后将其施加到不同裂纹长度的实体子模型上（30组），建立不同裂纹长度裂纹尖端的应力强度因子幅库。 （4）根据断裂力学疲劳裂纹扩展剩余寿命评估理论，利用MATLAB软件根据Paris公式进行编程，计算出不同初始裂纹长度和不同列车时速下跨线天桥疲劳裂纹扩展的剩余寿命，并进行对比分析。 综上所述，本文将基于子模型法的结构多尺度有限元分析方法与基于断裂力学的疲劳裂纹扩展剩余寿命评估理论相结合，建立了跨线天桥疲劳裂纹扩展及其剩余寿命评估的系统有效方法，进而确定天桥在列车风荷载作用下的疲劳剩余寿命，这对于保证跨线人行天桥的安全服役、特重大事故的预防和降低维修检测费用，具有十分重要的意义。 |
| 作者： | 张弦 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 刘嘉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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