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Q690高强钢节点板疲劳裂纹扩展分析及寿命预测
| 论文题名： | Q690高强钢节点板疲劳裂纹扩展分析及寿命预测 |
| 关键词： | 大跨度钢结构桥梁;高强钢节点板;疲劳裂纹扩展;剩余寿命评估 |
| 摘要： | 大跨度钢结构桥梁节点板是重要的连接构件，受力复杂容易发生疲劳破坏，得益于高强钢的优异性能，Q690高强钢开始应用于大跨度桥梁的建设中，因此对大跨度钢结构桥梁Q690高强钢节点板进行疲劳裂纹扩展分析尤为重要。S-N疲劳强度曲线的疲劳分析方法已经广泛应用于各国规范，这种方法存在试验成本较高和难以分析初始裂纹的缺点。基于断裂力学法，对高强钢Q690母材和对接焊缝开展疲劳裂纹扩展速率试验，采用Abaqus和Franc3D的交互使用，对大跨度钢桁拱桥Q690高强钢的节点板进行了疲劳裂纹扩展数值分析及寿命预测。本文主要研究内容和结论如下所示： （1）对高强钢Q690母材和对接焊缝开展疲劳裂纹扩展速率试验。结果表明：随着应力比R的增大，Q690母材试件和焊缝试件的疲劳裂纹扩展速率均增大。获得了Q690高强钢母材和焊缝的Paris参数C和m，提出了Q690高强钢母材关于应力比 R 的 Paris 修正公式。Q690 高强钢母材及焊缝的抗疲劳性能明显高于Q345qD等普通钢材母材及焊缝。 （2）介绍了Abaqus和Franc3D交互使用模拟疲劳裂纹扩展的数值分析方法，通过试验数据与模拟数据进行对比，结果表明：该方法对疲劳裂纹扩展能准确模拟，有较高精度。 （3）对某大跨度钢桁拱桥建立Midas/civil全桥模型进行整体分析，确定了危险节点，并进行了荷载谱分析。节点板建立Abaqus精细化模型分析疲劳裂纹扩展性能。结果表明：节点板裂纹尖端应力强度因子和疲劳裂纹扩展速度随着裂纹的增加而增加，当裂纹扩展到一定程度，裂纹扩展速度指数倍增加，结构快速破坏。 （4）分别对节点板母材和焊缝的疲劳裂纹扩展剩余寿命进行了分析，分析了初始裂纹位置、材料和初始裂纹对疲劳裂纹扩展剩余寿命的影响。结果表明：Q690高强钢能显著提高节点板疲劳寿命，Q690高强钢节点板焊缝寿命较母材更长，初始裂纹尺寸对疲劳裂纹扩展剩余寿命影响显著。 本文对Q690高强钢母材及焊缝开展了疲劳裂纹扩展速率试验，填补了高强钢Q690母材及焊缝疲劳裂纹扩展参数的空缺。并提出了一种疲劳裂纹扩展数值分析方法，能准确高效的运用于实际工程的疲劳裂纹扩展剩余寿命评估，以某大跨度钢桁拱桥Q690高强钢节点板进行了疲劳裂纹扩展分析及寿命预测。 |
| 作者： | 胡先祺 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 谭红梅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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