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基于锈蚀损伤的组合钢桥结构状态评估及疲劳寿命预测
| 论文题名： | 基于锈蚀损伤的组合钢桥结构状态评估及疲劳寿命预测 |
| 关键词： | 钢桥;结构承载力;仿真分析;应力释放;疲劳寿命;锈蚀损伤 |
| 摘要： | 随着我国交通事业的发展，荷载等级的提高，大量修建于上世纪的桥梁由于设计荷载等级较低，急需采取必要技术措施进行改造和加固。由于钢桥采用容许应力法设计，结构承载潜力大，因此与采用极限状态法设计的混凝土桥梁相比更具有加固改造价值。在对桥梁进行改造之前，必须准确的对在役桥梁进行评估，从而为桥梁的维修改造决策提供技术依据。 本文以广州海珠桥安全性评估与加固改造为背景，系统的探讨了在役组合钢桥的承载能力综合评估方法和疲劳寿命评估方法。论文跟踪桥梁体系加固过程，根据桥梁局部杆件材料试验及加固施工过程确定结构材料参数及力学参数，采用有限元方法对桥梁加固前、加固中、加固后各阶段的静动力特性进行了详细跟踪分析，提出和总结了损伤钢桁架桥体系加固方法和承载力综合评估方法。依据大气网站试验资料并结合实桥检测结果，首次提出和建立了钢桥的一般锈蚀模型和局部锈蚀模型，明确了结构锈蚀状态与时间的关系，建立反映地区环境特点的旧钢桥锈蚀模型并提出钢桥锈蚀评估方法。首次提出了旧钢桥恒载应力状态评估的应力释放法，通过对钢桥局部构件恒载应力的测试和分析，对桥梁的承载能力进行了准确的评估。基于锈蚀损伤分级，进行了组合钢桥极限承载力分析和评价。采用通用程序按照三跨索桁组合结构进行建模，采用城市荷载对结构进行加载，考虑材料与几何非线性效应，对桥梁进行了静力非线性屈曲分析，得到了结构的失稳模态、稳定安全系数、构件失稳破坏序列及破坏方式，给桥梁的维修养护提供了重要的参考资料。承载能力综合评估结果表明，桥梁经过体系加固后，由三跨简支桁架转变为三跨索桁组合连续钢桁架，结构静动力特性明显好转，消除了结构较大的残余变形，恒载应力状态明显改善，桥梁的承载能力得到有效提高。 鉴于钢桥疲劳现象比较突出，本文根据实桥交通量调查资料，确定了现有汽车荷载参数的概率模型和荷载谱模拟的随机变量，根据桥梁运营历史，按照解放前、加固前与加固后将交通历史分为三个阶段，分别建立了相应的交通荷载特征参数和结构计算模型；以ASSHTO规范疲劳细节D级(71MPa)作为铆接构件的疲劳强度S-N曲线，采用Miner线性累计损伤理论，对桥梁的疲劳寿命进行了分析和预测，得到了控制构件的疲劳寿命，为确定桥梁养护维修重点和顺序提供了依据。 本文的创新点有： 1.提出基于应力释放法的钢桥恒载应力状态评估方法； 2.建立了反映地区环境特征的旧钢桥锈蚀模型，并提出钢桥锈蚀评估方法。 本文提出的承载力综合评估和疲劳寿命预测方法对于钢桥安全性评估具有重要的参考价值。 |
| 作者： | 赵煜 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 贺拴海 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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