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钢箱梁斜拉桥桁架式纵隔板疲劳损伤机理与处置技术研究
| 论文题名： | 钢箱梁斜拉桥桁架式纵隔板疲劳损伤机理与处置技术研究 |
| 关键词： | 钢箱梁斜拉桥;桁架式纵隔板;疲劳损伤机理;弹性阻尼支撑;疲劳寿命 |
| 摘要： | 本文依托中国交通建设股份有限公司科技研发项目“斜拉桥正交异性钢箱梁空腹式纵隔板疲劳开裂处置技术及装置研究(2021-ZJKJ-QNCX08)”和国内某大跨度钢箱梁斜拉桥养护工程，针对大跨度斜拉桥钢箱梁桁架式纵隔板广泛存在的端部开裂及处置措施欠缺的问题，在采用数值模拟的方法研究其开裂机理的基础上，提出了将桁架式纵隔板刚性连接构造改为弹性阻尼支撑改造方法，开展了相应的理论分析、装置研制与试验研究。主要研究内容及结论如下： （1）分析了斜拉桥扁平钢箱梁的基本构造和目前钢桥疲劳评估方法的特点，阐述了桁架式纵隔板疲劳破坏的典型现象，探讨了钢桥疲劳裂纹处治方法的适用性。 （2）建立钢箱梁桁架式纵隔板的有限元模型算例，分析桁架式纵隔板端部开裂机理。结果表明，车辆作用下的圆管与节点板相交处沿圆管长度方向的交变正应力是导致其疲劳开裂的主要原因。提出采用弹性阻尼支撑来替换受损圆管斜撑的新思路。 （3）研发一种具有初始大刚度的弹性阻尼支撑装置，并开展足尺试件（装置）的力学性能试验。静载试验结果表明，加载过程中其刚度呈线性，卸载过程中其刚度呈先大后小的非线性。动载试验结果表明，加载频率对其力学性能影响很小，可忽略；其等效刚度随着加载位移幅的增加而减小；其耗能能力和刚度均随着循环次数的增加而减小。 （4）建立钢箱梁节段精细化有限元模型。首先研究了车辆轮载作用下纵隔板在不同位置的荷载承担比例关系。结果表明，纵隔板在不同位置的竖向荷载作用下分担比例呈现出对称分布的规律；而替换弹性阻尼支撑后，纵隔板竖向荷载承担比例明显降低。其次，研究了桁架式纵隔板在车辆荷载作用下各关键疲劳位置的应力时程，并对比了安装弹性阻尼支撑前后的差异，并根据应力时程计算得到应力谱。结合实际车流数据得到标准疲劳车辆等效加载次数，并基于S-N曲线得出了桁架式纵隔板在加装弹性阻尼支撑前后的疲劳寿命。研究表明，安装弹性阻尼支撑的圆管斜撑的应力幅小于截止应力幅，无疲劳问题。 （5）以碟型弹簧式弹性阻尼支撑装置为例，开展参数选取及其对相邻纵隔板疲劳寿命和桥面板受力性能影响研究。结果表明，增加弹簧叠合片数和摩擦系数均可增加相邻圆管斜撑疲劳寿命，增加弹簧叠合片数的效果更优，均对桥面板受力影响不大。 （6）对比分析弹性阻尼支撑装置替换圆管斜撑的布设方案及其对纵隔板疲劳寿命和桥面板受力的影响，提出弹性阻尼支撑装置替换建议。 |
| 作者： | 暨仕瑀 |
| 专业： | 土木工程;桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 吴海军;朱世峰 |
| 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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