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正交异性钢桥面板疲劳裂纹扩展过程数值模拟及其修复方法研究
| 论文题名： | 正交异性钢桥面板疲劳裂纹扩展过程数值模拟及其修复方法研究 |
| 关键词： | 桥梁工程;正交异性钢桥面板;疲劳裂纹;数值模拟 |
| 摘要： | 正交异性钢桥板凭借其承载能力大、自重轻、施工快和结构美观等优点,很好的解决了桥梁的自重、承重和跨径之间的矛盾,已经成为大跨径钢桥的首选桥面形式。对于正交异性钢桥面板来说,由于其不但要承受其顶部车辆的循环作用,而且作为主梁的一部分共同参与受力,从而造成局部承受的应力循环次数过多,且在梁体焊接过程中会引起不可避免的应力集中及焊接缺陷,使得钢桥面板在运营一段时间后,极易产生疲劳裂纹。大跨度钢桥一旦出现疲劳裂纹,不仅维修困难、费用昂贵,而且会引起桥梁突然破坏的灾难性事故。目前疲劳开裂导致其维修加固需求十分突出,而一些维修加固的方法并不是十分有效,主要是对其疲劳失效机理的研究尚不深入。 为了追踪正交异性钢桥面板的疲劳裂纹扩展过程,为通用的正交异性板的钢桥的抗疲劳设计和开裂加固提供理论指导,本文提出了基于实桥有限元模型进行正交异性钢桥面板疲劳裂纹扩展模拟的方法和流程,并对国内外钢桥裂纹修复方法进行了分类汇总。具体研究内容及成果如下: 1、提出了考虑疲劳荷载模型、车辆轮轴横向分布、平均日交通量、交通量年增长率、冲击系数等多种因素影响下,桥面板中各部位等效应力幅的计算方法,从而得到了更接近实际的等效应力幅计算公式。 2、提出了一种基于通用有限元软件的钢桥面板疲劳裂纹扩展过程数值模拟方法。首先,建立桥梁整体有限元模型,进行恒载及活载作用下的整体分析,并结合实桥调查结果确定全桥疲劳关键部位;然后,建立包含焊接细节的疲劳关键部位的精细化模型进行疲劳应力幅分析,同时基于车桥耦合振动分析考虑冲击系数对应力幅的影响,确定裂纹扩展方向、路径及寿命,进行疲劳裂纹扩展全过程分析。 3、以某既有大跨度桥梁的钢桥面板疲劳裂纹扩展为例,验证了本文方法和计算流程的可行性、计算结果的准确性,研究了桥面铺装层、路况、车辆超载及交通量年增长率等因素对疲劳裂纹扩展寿命的影响,并为该桥运营期疲劳失效维修与加固提供了理论依据。 4、对正交异性钢桥面板疲劳裂纹修复方法进行了汇总分析,研究成果可为各个疲劳细节部位维修加固方案的制定提供参考。 |
| 作者： | 郭耀华 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 朱劲松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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