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车轮荷载作用下钢混组合梁桥的剩余承载性能的数值模拟与试验研究
| 论文题名： | 车轮荷载作用下钢混组合梁桥的剩余承载性能的数值模拟与试验研究 |
| 关键词： | 钢混组合梁桥;剩余承载性能;车轮荷载作用;数值模拟 |
| 摘要： | 钢-混凝土组合梁桥能够充分利用钢筋混凝土板的抗压性能和钢梁的抗拉性能，有施工快、自重轻、延性好等诸多优点，具有良好的综合技术经济效益和社会效益。钢-混凝土组合梁桥在服役期间的力学性能及其承载性能的试验研究具有重要意义。在役的组合梁桥往往承受着车辆反复荷载作用，而现阶段的组合梁模型试验往往采用跨中固定点静力加载或者跨中两点对称静力加载这两种加载方式，无法准确反映组合梁桥在承受车辆反复滚动轮载下的损伤累积效应。针对上述问题，本文基于专用轮式滚动疲劳系统，开展了模型试验研究；同时提出一种基于损伤分析的混凝土结构数值模拟方法，对组合梁桥在滚动轮载作用下的性能劣化过程进行了数值模拟研究，主要内容包括： 首先，选择基于损伤分析的数值模拟方法来模拟混凝土结构在荷载作用下的力学行为，实现了混凝土损伤模型的有限元数值模拟，并对典型案例—素混凝土简支梁三点破坏试验、钢筋混凝土简支梁四点弯曲试验进行数值模拟，验证本文数值模拟方法的可靠性；进一步，运用此方法对钢混组合梁桥在跨中固定点加载试验进行了模拟，同时进行对应的模型试验，验证本文数值模拟办法对组合梁的适用性。 其次，为了研究组合梁桥在反复轮载作用下的挠度变化规律，采用专用轮式滚动疲劳系统，开展了三片组合梁的反复滚动车轮加载试验。分析组合梁在不同轮载大小和滚动周期下的挠度变化规律，并提出考虑滚动轮载效应的组合梁挠度计算公式；进一步，采用数值模拟方法对挠度计算公式的可靠性进行验证，为组合梁桥在长期轮载作用下的挠度计算提供了一定的理论依据。 再次，对经历反复轮载作用后的组合梁进行跨中固定点加载破坏试验。分析组合梁在整个试验周期内挠度、应变、界面滑移、裂缝数量及动力特性等一系列力学特性的变化规律；分析跨中固定点加载与反复车轮滚动加载两种加载模式下组合梁力学响应的异同。 最后，采用基于损伤分析的混凝土结构模拟方法对组合梁在反复轮载作用下的力学性能进行数值仿真，并与模型试验结果进行对比。分析组合梁在反复滚动轮载作用下的混凝土损伤累积效应，证明了反复滚动轮载对钢-混组合梁桥的承载性能有较大影响。 研究结果表明，本文采用的基于混凝土损伤的模拟方法可以较好地再现服役期间组合梁桥在反复车轮荷载下的性能变化特征，并提出了服役期间组合梁桥挠度计算方法。同时表明了相较于跨中固定点加载，反复滚动轮载下组合梁桥的剩余承载性能衰退现象更为明显，为组合梁试验设计提供了一定依据。 |
| 作者： | 吴智虎 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 战庆亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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