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系杆拱桥吊杆腐蚀疲劳与安全性研究
| 论文题名： | 系杆拱桥吊杆腐蚀疲劳与安全性研究 |
| 关键词： | 系杆拱桥;吊杆腐蚀疲劳;安全性 |
| 摘要： | 系杆拱桥作为一种结构形式变化多样，受力合理的桥梁形式，受到工程界和城市规划者的青睐，并因此成为我国许多城市景观桥梁和公路桥梁的首选。但是，系杆拱桥长期处于室外环境下，吊杆受到气体及雨水、海水等腐蚀，并承受大量的交通荷载和风荷载等循环荷载，由此造成的吊杆腐蚀疲劳问题也逐渐暴露出来。吊杆的腐蚀疲劳破坏严重影响了桥梁结构的安全性，并逐渐成为其在当今系杆拱桥建设中的制约因素。 本文在对拱桥吊杆腐蚀疲劳破坏机理分析的基础上，采用理论推导、数值模拟方法分析了系杆拱桥吊杆在疲劳和腐蚀组合效应下的力学性能及变化规律，对一座实际系杆拱桥的吊杆的腐蚀疲劳寿命做了预测计算，在此基础上研究吊杆因腐蚀疲劳造成的刚度下降对于全桥的安全性影响。本文的主要研究过程及结果如下： （1）分析总结了目前系杆拱桥吊杆的破坏主要原因为：防护失效造成的腐蚀作用和车辆荷载的疲劳作用对系杆拱桥吊杆的组合效应，直接导致吊杆钢丝腐蚀疲劳破坏。 （2）总结分析了吊杆疲劳的原理与过程，并与一般静力破坏相比较。采用模拟法和实测法得到吊杆的应力幅和循环次数，即应力过程，并统计得到吊杆的应力谱。S-N曲线反映吊杆的构造细节，通过Goodman直线对其修正拉伸应力的影响，以线性累计损失模型计算其损伤度。本文对比分析了国内外规范对疲劳计算的有关规定和计算方法的优劣，结果表明对于系杆拱桥吊杆疲劳计算，主要以单疲劳车加载，验算应力幅为主。 （3）分析了在气体环境与含水环境中吊杆的腐蚀疲劳机理、有关腐蚀理论模型、以及影响吊杆腐蚀疲劳的主要因素。考虑吊杆的平均应力对疲劳性能与腐蚀速率的影响，以均匀腐蚀模型与净截面理论为基础，提出了一个新的吊杆腐蚀疲劳模型。 （4）应用MIDAS有限元软件建立了泰东河系杆拱桥的三维有限元模型，分析了不同吊杆刚度条件下全桥的内力分布与线型。结果表明，吊杆由于腐蚀疲劳造成的刚度下降，对于拱桥各部分内力影响不大，但是吊杆的应力及应力幅大幅提高，进而加剧吊杆的疲劳破坏。同时，吊杆刚度下降，桥梁线型变化较大，进而影响全桥的安全性。 （5）对于吊杆的寿命估计采用延性模型，钢丝的强度估算采用净截面模型，结合均匀腐蚀模型，采用迭代方法计算吊杆的腐蚀疲劳寿命，并与一般条件下吊杆疲劳寿命与腐蚀寿命计算进行了比较。计算结果表明泰东河大桥吊杆的腐蚀疲劳寿命约为30.5年。腐蚀疲劳的累积损伤是逐年提高的，这与一般疲劳是不同的。寿命也远小于只考虑疲劳或是只考虑腐蚀的寿命。 |
| 作者： | 毕磊 |
| 专业： | 防灾减灾工程及防护工程 |
| 导师： | 缪长青 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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