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原文传递钢桥面板温度场及其疲劳效应的长期监测与分析研究

论文题名：	钢桥面板温度场及其疲劳效应的长期监测与分析研究
关键词：	钢桥面板;温度场;车辆荷载;疲劳损伤;结构健康监测
摘要：	正交异性钢桥面板的疲劳分析与设计是目前国内外学术界与工程界的热点研究领域。尽管名义应力法已广泛应用于钢桥面板的疲劳分析与设计，如何准确预测钢桥面板在真实荷载与环境条件下的疲劳荷载效应，建立更为完善的钢桥面板抗疲劳设计方法，仍是桥梁工程领域面临的一大挑战。本文以润扬长江大桥南汊悬索桥和北汊斜拉桥的钢桥面板为研究对象，研究车辆荷载和温度共同作用下钢桥面板的疲劳荷载效应计算方法。本文的主要工作和成果如下: 　　 1.基于长期监测数据研究了润扬大桥悬索桥钢桥面板焊接细节（顶板-纵肋焊接细节和纵肋对接焊接细节）的疲劳荷载效应与钢桥面板温度、车流量等的相关性特征。分析结果表明，两类焊接细节的日等效应力幅与钢桥面板温度存在较强的季节相关性，表现为“夏季温度高，日等效应力幅高;冬季温度低，日等效应力幅低”的变化特点，并且顶板-纵肋焊接细节的日等效应力幅对温度的变化更加敏感。在此基础上得到了两类焊接细节日等效应力幅的月平均值与温度月平均值间的线性相关模型。　　 2.基于温度长期监测数据研究了润扬大桥斜拉桥和悬索桥钢桥面板的温度统计分布特征。分析结果表明，钢桥面板实测温度可采用2个正态分布的加权和组成的概率密度函数进行准确估计，而钢桥面板实测横向温差服从2个Weibull分布的加权和组成的概率密度函数。在此基础上采用极值分析方法确定了具有50年重现期的润扬大桥斜拉桥和悬索桥钢桥面板的温度标准值和温差标准值。　　 3.研究了钢桥面板疲劳荷载效应简化分析模型。首先采用多尺度有限元模拟方法建立了钢桥面板疲劳荷载效应的精细化分析模型，研究了顶板-纵肋焊接细节和纵肋对接焊接细节疲劳荷载效应的顺桥向和横桥向变化特征。分析结果表明，当局部构件尺度模型的长度足够时，钢桥面板第一结构体系对焊接细节疲劳荷载效应的影响很小，可以直接采用局部构件尺度模型计算疲劳荷载效应。在此基础上将钢桥面板（仅由顶板和顶板纵肋组成）简化为顺桥向支承在横隔板上、横桥向支承在顶板纵肋上的局部受力结构体系，以等效应力幅Seq为分析指标对简化分析模型的计算参数进行了敏感度分析和优化分析，确定了车辆荷载作用下钢桥面板疲劳荷载效应计算的简化分析模型。　　 4.研究了车辆荷载和温度共同作用下钢桥面板焊接细节疲劳荷载效应计算方法。建立了钢桥面板-铺装层一体化疲劳分析模型，分析了温度对钢桥面板疲劳荷载效应的影响特点和影响规律，并与实测结果进行了对比分析。在此基础上建立了随机车辆荷载模拟方法及其钢桥面板疲劳应力时程计算方法，并基于钢桥面板温度作用的全寿命模拟方法，建立了车辆荷载和温度共同作用下焊接细节疲劳荷载效应计算方法。采用上述方法计算了润扬大桥服役期100年的疲劳荷载效应及其累积疲劳损伤。分析结果表明，纵肋对接焊接细节的累积疲劳损伤明显大于顶板-纵肋焊接细节，纵肋对接焊接细节应作为钢桥面板焊接细节的重点监测部位。
作者：	王高新
专业：	防灾减灾工程及防护工程
导师：	丁幼亮
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文