详情

原文传递栓焊铁路钢桁梁桥疲劳寿命预测方法研究

论文题名：	栓焊铁路钢桁梁桥疲劳寿命预测方法研究
关键词：	栓焊钢桥;疲劳寿命;搭接节点;应力集中系数;应力强度因子;损伤演化;铁路梁桥
摘要：	截至20世纪90年代，我国的铁路桥梁已近3万座。由于早期设计、施工水平的局限性和环境因素的影响，许多老桥在通行高速重载列车时的运营能力已明显不足。近年来，随着铁路电气化的改造，列车将大大提速，对桥梁的冲击将明显增大。因此，对不同类型铁路钢桥的疲劳寿命预测方法进行研究已是当务之急。本文选取了栓焊钢桥的三种典型的细节(搭接节点、不承载角焊缝节点及摩擦型高强螺栓连接节点)为研究对象，综合采用理论分析、数值模拟和试验研究等手段，对栓焊钢桥基于传统的疲劳分析方法、基于断裂力学的分析方法和基于损伤力学的分析方法的疲劳寿命预测进行了系统研究，主要内容和成果如下：通过建立铁路疲劳列车模型，采用自编的影响线动态加载程序和三点雨流法程序对某64m 钢桁梁桥不同部位杆件的应力谱进行了计算，结果表明：客车过桥时的应力幅变化较货车过桥时的大一些；应力幅变化：竖腹杆>斜腹杆>下弦杆；疲劳寿命：下弦杆>斜腹杆>竖腹杆。进行了4个单面盖板搭接节点在常幅和变幅荷载下的疲劳试验，结合部分文献数据得到了实际变幅寿命约是根据Miner准则和常幅S-N曲线得到的预测寿命的0.88倍。通过对试件疲劳断口的宏观和微观特征分析发现：在常幅和变幅荷载下，裂纹扩展区的面积均很大，而最终断裂区的面积均很小，裂纹扩展区的疲劳辉纹间距也基本一致，但变幅荷载下的裂纹扩展区存在少量的穿晶解理特征。结合试验结果，对比分析了五种常用变幅疲劳寿命计算方法的相对优劣，结论是：修正Miner准则和Miner准则的预测精度较好，均方根法和等效折算法其次，改进的均方根法最差。对铁路钢桁梁桥三种细节的应力集中系数进行了有限元分析，得到三种细节应力集中系数的拟合公式，可在采用名义应力法预测结构疲劳寿命时使用，并做了相应的参数分析。对三种应力强度因子的计算方法进行了对比分析，结果表明：J积分法和虚裂纹闭合法计算精度较好，位移相关法较差。对三种裂纹扩展判据进行了对比分析，计算速度和精度的对比结果表明：在计算裂纹扩展时，最大周向应力准则和最小应变能密度因子准则要优于最大应变能释放率准则。对三种细节的裂纹扩展进行了模拟分析，给出了三种细节裂纹的几何形状因子计算公式，并得到这三种细节裂纹扩展过程中应力强度因子与裂纹长度的关系。进行了4个单面盖板搭接节点、2个不承载角焊缝节点和2个摩擦型高强螺栓连接节点的疲劳试验，建立了这三种细节基于Chaboche疲劳损伤模型的损伤演化方程，可用于钢桥的疲劳寿命预测。采用基于灵敏度分析的模型修正方法对钢桥的损伤程度识别进行了研究，在损伤识别过程中采用了迭代修正，可以较好的识别出结构在损伤程度严重时的损伤状况。得出一些重要的结论：选择灵敏度值较大的频率对待识别参数进行识别，结果往往比选择所有实测频率对其识别的结果要好；频率加振型对待识别参数的识别结果要比仅采用频率对其识别的结果要好：通常随着单元损伤程度的加大，识别结果的相对误差越小；误判给单个单元损伤情况的识别结果带来的误差较之给多个单元损伤情况的识别结果带来的误差大；通过对频率加噪分析，得出频率误差在1％以内，其识别结果是可信的。钢桁梁桥的总体识别效果为：斜腹杆>下弦杆>竖腹杆。最后对全文做了总结，指出在钢桥疲劳方面有待进一步研究的问题。
作者：	淳庆
专业：	防灾减灾与防护工程
导师：	邱洪兴
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文