详情

原文传递考虑车桥耦合振动的中承式拱桥短吊杆腐蚀疲劳特性研究

论文题名：	考虑车桥耦合振动的中承式拱桥短吊杆腐蚀疲劳特性研究
关键词：	中承式拱桥;短吊杆;车桥耦合振动;金属腐蚀;疲劳特性
摘要：	我国已经迈入桥梁强国的行列，大型、多构型的桥梁结构日新月异，其中中、下承式拱桥造型优美、曲线圆润、富有动态感，并且比上承式拱桥的建筑高度和桥面高度更小，减少了引桥的建筑规模，使其成为城市的地标建筑，同时也成为桥梁建筑中不可或缺的重要桥型。对于中、下承式拱桥而言，吊杆是桥面结构的直接支撑，关乎桥梁安全运营的重大结构安全。腐蚀疲劳是吊杆破断最重要的诱因，而车辆荷载又是吊杆最主要的疲劳荷载，因此研究车辆荷载作用下吊杆的疲劳应力幅和疲劳应力状态对揭示吊杆腐蚀疲劳机理和评估其疲劳寿命至关重要。本文以中承式拱桥短吊杆的腐蚀疲劳特性为课题，主要研究内容及结论如下：　　（1）建立ANSYS有限元整桥模型，选取典型车辆模型及相应的桥面不平整度，建立车-桥-桥面不平整度耦合关系并进行三类代表性车辆的加载。对比分析不同长度、不同部位吊杆的轴向应力冲击效应及振动时频特性，研究发现：短吊杆对车致振动的响应表现地更加强烈，不同车辆的动力冲击作用具有显著差异，出桥侧吊杆的动力响应程度强于入桥侧吊杆。　　（2）考虑短吊杆的弯曲刚度，利用梁单元替代杆单元对短吊杆进行模拟，重点分析弯-拉效应下短吊杆变形与应力的对应关系、应力分布特性以及沿杆轴向疲劳损伤分布规律，并对不同刚度短吊杆的车致振动特性及疲劳效应进行分析。研究表明：短吊杆截面转角位移是其产生弯曲应力的主因，弯-拉效应对短吊杆的冲击作用影响显著，短吊杆锚固端的动力响应明显强于其他部位，短吊杆截面等效应力分布均匀性随刚度的增大而呈现降低的趋势。　　（3）采用雨流计数法统计处理车辆单次通过桥梁时各吊杆的应力谱，基于相应的疲劳损伤累计理论，计算各吊杆疲劳损伤度。研究表明：不同车辆对短吊杆造成的疲劳损伤差异显著，桥面随机不平整度会提升吊杆的疲劳损伤度，相同条件下短吊杆受到更为严重的疲劳损伤，短吊杆的疲劳损伤度随其刚度的增大而降低，使用梁单元模拟时，弯-拉效应会显著加快吊杆的疲劳破坏，且吊杆锚固端受损最为严重。　　（4）根据金属腐蚀电化学理论，以点蚀为切入，研究单根钢丝蚀坑锈蚀的发展规律，建立车致应力与腐蚀条件耦合作用下蚀坑腐蚀疲劳动力学方程，并模拟蚀坑的发展进程，讨论各电化学参数对蚀坑模型的影响程度，进一步分析吊杆车致疲劳损伤度随蚀坑发展的动态改变过程。研究表明：蚀坑发展速率随腐蚀时间呈递增趋势，金属材料特性是影响蚀坑发展速率最为重要的因素之一，同等条件下钢丝疲劳损伤度随蚀坑的发展而增加，腐蚀疲劳耦合作用下的车致疲劳损伤远高于单一腐蚀条件。
作者：	贺煊博
专业：	建筑与土木工程
导师：	郭增伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022