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钢桥面系横隔板疲劳开裂及优化研究
| 论文题名： | 钢桥面系横隔板疲劳开裂及优化研究 |
| 关键词： | 大跨径钢桥;桥面系;横隔板;疲劳开裂;参数优化 |
| 摘要： | 对于国内外大跨径钢桥，其钢桥面系往往采用正交异性钢桥面板，它轻质高强的特点以及优良的受力性能使其在工程领域内得到了广泛的应用。近些年来的国内外研究表明，轮载作用位置的改变对正交异性钢桥面板各易损区域的应力场情况影响显著，特别是轮迹线范围下的横隔板开孔区域母材以及U肋-横隔板连接区域易发生疲劳开裂，据相关调研数据显示其疲劳裂纹占比超过1/3。 本文首先在疲劳试验中观测到了横隔板开孔区域母材的疲劳裂纹，随后基于该疲劳开裂现象，通过有限元仿真模拟讨论了横隔板开孔区域的疲劳开裂原因，确定了该区域的应力组成情况和弧形切口疲劳裂纹控制应力，同时还对该区域的面内疲劳效应进行了评估，最终对横隔板开孔尺寸进行了优化及参数分析。本文的主要研究内容和结论如下： （1）对国内某实桥开展了正交异性钢桥面板缩尺试件疲劳试验。实测值与理论计算值吻合良好，横隔板弧形切口母材应力集中现象显著；当疲劳应力循环加载至200万次后，6#开孔右上侧的159#和160#测点之间观测到7.5mm的裂纹。 （2）基于试验过程中出现的疲劳开裂现象，从分析横隔板开孔区域的应力组成情况以及分布特点的角度来解释试验中疲劳裂纹的扩展模式及其方向，讨论了该区域在轮载移动作用下的应力响应，借助疲劳效应评估准则总结了该处面内的疲劳效应变化情况和影响因素，基于热点应力法开展了疲劳寿命评估。计算结果表明：轮载位于U肋一侧腹板与顶板连接处正上方时为横向最不利位置，横隔板以面内受力为主；弧形切口区域在纵桥向的应力影响线范围大致为2倍的横隔板间距，一辆疲劳车将在此处引起2~3个应力循环；该区域疲劳裂纹控制应力为与开孔周边相切的主应力，主应力法线方向与试验中出现的裂纹起裂方向大致吻合；轮载作用位置的改变会使得该区域应力幅偏差值δ发生较为明显的浮动，当轮载距关注横隔板一定距离时，δ取最小值，表明此时该区域的面内疲劳效应最明显。 （3）选取了横隔板腹板易疲劳开裂的两处构造细节对常见开孔型式进行了比较，通过对开孔圆弧段半径、开孔缝高度、相对切口高度作参数分析，提出了相应的优化方案。计算结果表明：型式Ⅲ与实桥开孔型式应力水平较为接近；针对实桥开孔型式适当地增大焊缝端部圆弧半径和开孔缝高度可以有效降低研究细节处的应力水平；针对该结构形式相对切口高度不宜超过1/2。 |
| 作者： | 李学钦 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 曾勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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