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波形钢板-UHPC组合桥面板疲劳性能研究
| 论文题名： | 波形钢板-UHPC组合桥面板疲劳性能研究 |
| 关键词： | 钢桥;组合结构;波形钢板;超高性能混凝土;参数优化;疲劳性能 |
| 摘要： | 正交异性钢桥面板疲劳问题严重，亟需解决。进一步优化桥面板结构体系，是解决该问题的有效途径。本文基于现有的桥面板型式，提出了由波形钢板和超高性能混凝土（Ultra-highPerformanceConcrete,UHPC）组合而成的这一新型桥面板结构。与传统正交异性钢桥面板相比，UHPC层能够显著提高桥面板的刚度；波形钢板能通过减少焊缝和几何不连续部位数量从而改善局部应力集中。为验证该组合桥面板的结构合理性和抗疲劳性能的优越性，主要完成的工作如下： （1）开展了波形钢板-UHPC组合桥面板截面尺寸设计。采用ANSYS建立局部有限元模型，研究UHPC层厚度、钢板下缘板宽度、斜钢板水平投影宽度和波形高度等截面参数变化对组合桥面板受力特性的影响，并确定其合理取值范围。在此基础上，通过理想点法对参数组合进行优化，得到合理的参数匹配。与实腹式组合桥面板对比结果表明，优化后的组合桥面板的UHPC用量减少52%，整体自重减小39%；每延米造价减少36%；钢板应力增大不明显，关注区域的增幅均小于5%；负、正弯矩区域的UHPC层的应力分别有27%、35%的大幅减少。 （2）开展了桥面板疲劳细节的疲劳寿命评估。分析疲劳细节随局部轮载移动的应力响应，并基于Miner线性累计损伤准则，分别采用名义应力法、热点应力法和金属疲劳应力法对不同细节进行了疲劳寿命评估。与传统正交异性桥面板对比结果表明，组合桥面板纵肋与横隔板连接处焊缝、弧形切口自由边、钢板弯折处/纵肋与面板连接处焊缝的疲劳寿命至少延长2倍；且除弧形切口的疲劳寿命为58年外，其他位置在设计使用年限内均不会发生疲劳破坏。 （3）开展了栓钉连接件的疲劳性能评估。以栓钉根部的焊趾部位作为研究对象，采用0.5t/1.5t外推法分别从设计应力幅和疲劳寿命两个角度进行评估得到，局部轮载的影响范围有限仅3~5排栓钉；位于横隔板正上方的栓钉受力最不利，约2500万辆标准疲劳车后轮通过后，该位置可能发生疲劳破坏。 |
| 作者： | 孙瑜 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 王焕然;赵卓 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 宁波大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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