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原文传递公路钢桥疲劳性能及可靠性研究

论文题名：	公路钢桥疲劳性能及可靠性研究
关键词：	公路钢桥;疲劳性能;寿命评估;抗疲劳设计;受力特点;有限元方法
摘要：	我国公路钢桥发展较晚，疲劳研究相对滞后，设计规范比较陈旧。早期修建的为数不多的公路钢桥，大部分参考国外规范和我国铁路钢桥规范，许多钢桥已状态不佳。改革开放后我国公路钢桥发展很快，但由于缺少规范的科学指导，对公路钢桥疲劳问题的特殊性认识不足，以及细节构造处理不当等因素，造成疲劳破坏的事例屡见不鲜。因此开展针对公路钢桥抗疲劳设计和疲劳寿命评估方面的研究是十分必要、急迫和有意义的。本文主要针对我国公路钢桥疲劳方面存在的若干问题开展了研究工作。　　在钢桥抗疲劳设计方面，针对我国公路钢桥现行规范的不足之处，提出可供我国公路钢桥抗疲劳设计参考的方法，并通过实例分析证明该方法的可行性与适用性。在钢桥结构中，由于构造不当及对具体情况分析的欠缺，次内力和扭曲应力已成为复杂构造细节疲劳破坏的主导因素，针对这一问题，开展对复杂疲劳细节的受力特点研究，以焊接钢桥疲劳开裂的首要原因——腹板小间隙处的出平面变形为例进行分析，寻找导致这种破坏的根源，提出针对这一细节的改进措施，并对这些改进措施进行比较、分析，可供工程实际参考使用，同时这种分析思路也可为其它复杂构造细节的疲劳评估提供参考。　　在钢桥疲劳寿命评估方面，开展对适用于钢结构桥梁的两种确定性疲劳寿命评估方法，名义应力法和断裂力学方法应用于公路钢桥结构的实用方法的研究。对名义应力法评估钢桥疲劳寿命中的关键因素应力集中系数进行研究，采用有限元方法对公路钢桥常见的两种结构形式的焊趾应力集中系数随结构参数变化的情况进行分析，得到应力集中系数回归公式，可为工程中的使用提供方便。通过研究结构参数对应力集中的影响，可以为改进设计和加工工艺，降低应力集中提供理论依据，同时还可以提高名义应力法评估结构疲劳寿命的精度。另外，还对断裂力学方法评估钢桥疲劳寿命中的关键因素应力强度因子进行研究，采用有限元方法计算了两种含裂纹的公路钢桥常见结构形式的应力强度因子，并得到了形状函数关于裂纹长度和结构宽度的拟合公式，为工程中的实际使用提供了理论依据。　　我国现行的公路钢桥规范尚未对疲劳荷载形式进行规定，基于我国公路钢桥疲劳设计和疲劳寿命评估的需要，对疲劳荷载模型的建立方法进行研究，分别对车辆荷载调查、模型车辆建立和Monte-Carlo方法模拟随机车辆荷载的方法进行了分析评述。对国外的一些疲劳车模型和我国桥梁规范强度设计车辆荷载模型，在不同桥型和跨径造成的疲劳损伤进行了分析比较，有助于我国公路钢桥疲劳设计、评估时选用合适的车辆模型，这方面的研究在我国公路钢桥疲劳车的制定方面也具有一定的意义。另外，还开展了对公路钢桥实测应力谱的特点和分布形式的研究。　　在疲劳可靠性方面，分别基于传统的疲劳理论和近年来发展起来的断裂力学理论，建立了适用于公路钢桥结构的疲劳可靠性模型，对模型中的随机参数进行分析，对公路钢桥疲劳目标可靠指标的取值进行研究。将两种模型应用于实际钢桥结构，对实际钢桥的疲劳寿命进行评估并验证了模型的可行性与适用性。
作者：	李莹
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	黄侨
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文