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基于扩展有限元的桥梁无缝伸缩缝开裂行为研究
| 论文题名： | 基于扩展有限元的桥梁无缝伸缩缝开裂行为研究 |
| 关键词： | 桥梁无缝伸缩缝;车轮荷载;开裂行为;扩展有限元 |
| 摘要： | 桥梁无缝伸缩缝作为近些年才逐步应用的新式桥梁伸缩装置，直接承受交通荷载、温度变化等外界因素作用，很容易遭受损坏，其中最常见的破坏形式就是开裂。桥梁无缝伸缩缝一旦出现开裂，不仅会破坏桥梁伸缩缝结构的连续性与整体性，而且会影响桥梁无缝伸缩缝的安全性和使用寿命。现有对桥梁无缝伸缩缝的开裂行为研究只停留在表观调查阶段，缺乏对桥梁无缝伸缩缝裂缝扩展的深入分析。 为了解决以上问题，本文基于扩展有限元（XFEM），使用ABAQUS软件建立桥梁无缝伸缩缝及其相邻的桥梁、道路三维模型，对桥梁无缝伸缩缝的开裂行为进行全过程模拟。主要的研究内容如下： 首先，结合瞬态温度场相关理论，分析在温度单独作用下，因初始温度、降温幅度、降温速率、无缝伸缩缝弹性体材料温缩系数、初始裂缝位置的不同，对桥梁无缝伸缩缝已有裂缝扩展的影响。获取应力强度因子等裂缝参数，比较裂缝扩展路径走向，宏观裂缝扩展体积值与时间的关系，总结温度变化下桥梁无缝伸缩缝的开裂规律。 其次，为了能准确体现车轮荷载对桥梁无缝伸缩缝的作用，在无缝伸缩缝表面施加车轮动荷载。通过改变荷载作用位置、车辆荷载大小、车辆行驶速度、弹性体材料弹性模量、行车状态，研究不同荷载作用下对桥梁无缝伸缩缝裂缝扩展的影响。并结合内聚力模型，在桥梁无缝伸缩缝界面层添加Cohesive单元和设置相关界面层断裂参数，模拟不同界面状态下，荷载对界面层的影响。 最后，建立热力耦合模型，探究温度和荷载耦合作用下因裂缝长度、角度的变化对裂缝扩展的影响，并与温度和荷载单独作用下相比较，得出耦合作用下荷载与温度的影响程度。并结合实际工程中温度环境，模拟在夏季高温和冬季低温下桥梁无缝伸缩缝的实际开裂情况，从温度场、温度应力、裂缝扩展路径与体积变化分析桥梁无缝伸缩缝在极端天气下的裂缝扩展原因。 本文的研究成果为桥梁无缝伸缩缝的适用环境条件和日常养护措施选择提供了理论依据。 |
| 作者： | 庞玥 |
| 专业： | 交通运输工程;道路与铁道工程 |
| 导师： | 杨若冲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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