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原文传递铁路桥钢箱梁正交异性桥面板的静力行为与疲劳性能研究

论文题名：	铁路桥钢箱梁正交异性桥面板的静力行为与疲劳性能研究
关键词：	铁路斜拉桥;钢箱梁;正交异性钢桥面板;静力行为;疲劳性能;有限元法
摘要：	正交异性钢桥面板具有自重轻、刚度大、施工周期短等优点，与铁路纵横梁体系明桥面相比，它还具有整体性好、噪音小、行车舒适性好等特点。因此，近年来正交异性板结构在铁路桥梁中得到了越来越多的应用，但是正交异性板构造复杂，焊缝较多，疲劳开裂问题历来备受重视。目前铁路桥梁多采用板桁组合结构，宁波市北环线甬江铁路斜拉桥采用了钢箱梁与混凝土箱梁组成的混合梁结构，是钢箱梁在国内大跨度铁路斜拉桥中的首次应用。本文基于甬江桥钢箱梁正交异性板进行了深入地研究，研究的主要内容如下: 　　1、通过有限元计算和节段模型静力试验的方法对铁路桥钢箱梁正交异性板结构的传力机理、疲劳敏感部位等进行了研究。研究认为:桥面体系和盖板体系作用对正交异性板影响较大，可以归纳为弯剪作用、支撑作用、刚架作用和面外作用，主梁体系作用对正交异性板的影响较小，研究疲劳问题时可以忽略不计;正交异性板的疲劳敏感部位主要分布在板件连接焊缝处及切口边缘;铁路桥钢箱梁正交异性板与横隔板相关的构造受不对称加载的影响较小，即受面外作用的影响较小;正交异性板中受弯剪作用影响较大的构造需考虑双线影响，受支撑作用和刚架作用影响较大的构造可以不考虑双线影响;铁路桥面铺装对正交异性板各构造的应力削弱作用较强。　　2、通过理论研究和资料调查，采用Monte Carlo方法建立了适用于新建铁路桥梁的疲劳荷载谱，基于Fortran语言编写了荷载谱生成程序，程序模拟得到的荷载谱统计特征值与调查值吻合很好。本文建立的荷载谱既考虑了典型列车编组的特点，又考虑了机车车辆类型、车辆载重、车辆排序等具有随机性的特点。　　3、针对甬江桥钢箱梁正交异性板的各疲劳敏感部位，基于Miner损伤度等效原理进行了验证性疲劳试验;试验结果表明采用梯形加劲肋和V形加劲肋的正交异性板各构造均能满足设计年限100年的要求，但V形加劲肋表现较好。通过疲劳试验和已有的研究成果提出了各构造基于热点应力的疲劳等级，并给出了疲劳验算和寿命评估的计算流程，最后以甬江桥正交异性板作为验算算例。验证性疲劳试验及疲劳验算的损伤度计算均通过Fortran语言编程实现。　　4、针对甬江桥钢箱梁正交异性板结构，进行了设置铁路铺装、公路铺装和不设铺装三种情况的应力对比研究，以考察铁路桥梁和公路桥梁钢箱梁正交异性板的各自受力特点。研究的内容有:疲劳敏感部位的应力纵向影响线、横向影响线对比;代表性车辆作用下疲劳敏感部位的最大应力量值对比;桥面铺装的作用机理对比。研究结果表明铁路桥面铺装的荷载分散作用较强，对应力的削弱作用较大，公路铺装的荷载分散作用较弱，对应力的削弱作用较小。　　5、采用合适的正交异性板结构进行了设计参数对静力行为的影响规律研究，涉及的设计参数有横梁的高度、顶板的板厚、横梁腹板的板厚、加劲肋腹板的板厚、横梁腹板的切口形状，分别从剪切作用、支撑作用、刚架作用和面外作用等方面分析了各设计参数对正交异性板静力行为的影响规律。
作者：	高立强
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	蒲黔辉
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文