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基于断裂力学的矩形钢管混凝土K型节点疲劳计算方法
| 论文题名： | 基于断裂力学的矩形钢管混凝土K型节点疲劳计算方法 |
| 关键词： | 钢管混凝土桁梁桥;矩形钢管混凝土K型节点;裂纹扩展;断裂力学;疲劳计算 |
| 摘要： | 钢管混凝土能够充分发挥钢和混凝土的各自优势，其节点部位是桥梁设计的薄弱环节，常带损伤服役。但是现有S-N曲线法适用于设计阶段节点无损伤时的疲劳评估，而断裂力学法可适用于开裂节点剩余疲劳寿命评估并可获得更准确的疲劳寿命。因此，本文基于断裂力学法针对钢管混凝土桁梁桥节点开展了以下工作： （1）提出了焊接矩形管结构疲劳评估流程，给出了评估流程中主要存在以下3个关键问题：1）节点焊趾处沿壁厚方向应力分布模式；2）节点应力强度因子的求解；3）剩余疲劳寿命计算，对涉及上述三个问题的焊接管结构的研究成果进行了总结和梳理。 （2）实现了复合型裂纹扩展应力强度因子的求解，给出带表面裂纹矩形钢管与钢管混凝土K型节点有限元建模方法和复合型应力强度因子计算方法。提出采用弯曲应力占比建立热点应力S-N曲线法与断裂力学法的联系。 （3）开展了矩形钢管混凝土桁架试验，设计热点应力及名义应力测试测点布置方案，得到了矩形钢管混凝土K型节点热点应力外推数据及荷载位移曲线，从而验证了本文中多尺度有限元及局部实体有限元模型的准确性。同时，根据热点应力外推点数据的计算，验证了矩形钢管混凝土节点采用二次外推法的正确性。 （4）针对焊接矩形钢管及钢管混凝土K型节点的弯曲应力占比和应力强度因子进行了参数分析，获得了焊接矩形钢管及钢管混凝土K型节点应力强度因子占比随着节点几何参数（2γ、τ和θ）和裂纹几何参数（c/a、a/t0）的变化规律，及其弯曲应力占比随参数2γ、τ和θ的变化规律，并对应力强度因子和弯曲应力占比的有限元计算结果进行了回归分析，分别提出了对应节点的参数计算公式。 （5）完成了基于断裂力学法的某24m+40m+24m钢桁梁桥的疲劳评估流程，采用损伤度进行了焊接钢桁梁桥构造细节类别危险程度的排序，对最危险的疲劳细节进行疲劳裂纹扩展模拟并预测了其剩余疲劳寿命。 |
| 作者： | 赵瑞 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 刘永健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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