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大跨度斜拉桥拉索钢丝跨尺度疲劳断裂行为研究
| 论文题名： | 大跨度斜拉桥拉索钢丝跨尺度疲劳断裂行为研究 |
| 关键词： | 斜拉桥;疲劳裂纹扩展;约束应力区;材料微结构 |
| 摘要： | 由于桥梁技术的发展，在大跨度桥梁中斜拉桥和悬索桥被广泛应用。拉索作为这两种桥型最主要的受力构件，由于环境及自身各种复杂因素（如环境侵蚀、自然灾害、荷载长期效应、疲劳效应、材料老化）的影响，将不可避免地造成结构的损伤积累和抗力降低，甚至超过索力本身的承载力而导致结构破坏。由此引发的灾难性事件，给人民生命安全带来危害，给社会财富造成巨大损失。因此，对拉索进行疲劳断裂行为研究已经成为工程领域内的研究热点问题。本文阐述了疲劳断裂行为的研究现状，总结了已有疲劳断裂行为研究的方法及其特点。在此基础上，采用跨尺度疲劳断裂模型对斜拉桥拉索钢丝疲劳断裂行为进行研究与分析。 本文主要工作，是基于约束应力区概念建立了跨尺度裂纹模型，求得宏／微观跨尺度应力强度因子Kmacro micro的解析表达式。然后，以跨尺度应变能密度因子Smacro micro作为从宏观到微观裂纹扩展的控制参量，建立了跨尺度疲劳裂纹扩展模型。疲劳破坏全过程可用该模型进行统一描述，而不必划分成疲劳裂纹形成与扩展两个不同阶段，采用不同的理论分别进行分析。以LY12铝合金板为例，采用上述模型，精确拟合出不同循环特征下的S-N试验曲线。当考虑材料微结构的影响时，疲劳试验数据的发散性也可拟合出来。研究表明，材料初始缺陷及微结构在疲劳过程中的演化特性，对于构件的疲劳寿命有显著影响，是疲劳试验数据发散的主要原因。最后，以李家沙特大桥为工程背景，利用MIDAS建立了全桥有限元模型。对李家沙特大桥拉索不同荷载工况下的受力状况进行了详细分析，并对拉索中钢丝的疲劳断裂行为及其影响因素进行了分析计算。计算结果表明，跨尺度疲劳裂纹扩展统一可以有效描述斜拉桥拉索钢丝从宏观到微观的疲劳破坏全过程。 |
| 作者： | 赵小鹏 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 唐雪松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长沙理工大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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