详情

原文传递钢桥面铺装抗疲劳设计研究

论文题名：	钢桥面铺装抗疲劳设计研究
关键词：	大跨径钢桥;桥面铺装;抗疲劳设计;疲劳性能;力学参数
摘要：	我国大跨径钢桥面铺装工程长期受到使用寿命不足的困扰,疲劳开裂是钢桥面铺装的主要病害类型,也是铺装在使用过程中所必然面临的结构问题,抗疲劳性能已成为钢桥面铺装设计中的核心技术。国内外对钢桥面铺装技术进行了大量的研究,但目前还没有形成完备的钢桥面铺装设计方法。本文提出了基于抗疲劳设计思想的钢桥面铺装设计方法,测试了铺装材料的疲劳特性,研究了铺装结构的动态力学行为,分析了钢桥面系疲劳耐久性影响因素,旨在分析和探索延长铺装使用寿命的途径。　　首先本文提出了钢桥面铺装抗疲劳设计的理论基础与设计流程。钢桥面铺装疲劳裂缝产生于车辆荷载在桥面加劲构件处形成的高应力区,由铺装项面向下扩展;基于抗疲劳设计理论,提出了钢桥面铺装抗疲劳设计基本原则,将设计年限内累计标准当量轴次作为设计指标;研究了疲劳荷载模型、车道系数、横向分布系数、轮组系数等参数,推导了累计标准当量轴次计算公式;提出了钢桥面铺装抗疲劳设计的步骤与流程。　　其次采用四点弯曲试验测试了环氧沥青混合料的极限弯曲性能和疲劳性能,分析了环氧沥青混合料的模量、相位角、累积损伤、损伤增量、耗散能和累积耗散能等特征参数在常应力和常应变疲劳试验过程中的演化规律,将累积损伤开始发生急剧增加定义为疲劳破坏标准;通过检验证明环氧沥青混合料疲劳寿命服从两参数的威布尔分布规律,得到环氧沥青混合料的疲劳模型。　　然后采用三点弯曲复合梁模型,测试了-15℃、5℃、25℃、45℃四种温度和0.1Hz、0.5Hz、1Hz、5Hz、10Hz、20Hz六种频率以及1kN、3kN、5kN、8kN、10kN五种荷载条件下复合梁的动态弯曲响应,分析了温度、频率和荷载水平对钢桥面铺装复合梁模型的影响:采用三维非线性组合弹簧单元模拟粘结层,建立了包含粘结层的复合梁有限元模型,利用该模型研究了复合梁的受力变形特性、应变分布与层间粘结效应,分析了材料参数对复合梁力学行为及铺装受力的影响,提出了基于有限元模型的钢桥面铺装材料力学参数拟合算法,并验证了模型的有效性。　　建立了全断面钢箱梁节段有限元模型,计算了单轮和双轮荷载作用下铺装表面拉应力的纵桥向与横桥向影响线,分析了车轴叠加效应,提出采用挠跨比和曲率半径两个指标表征钢桥面板的局部刚度,并通过分析提出了钢桥面裸板和铺装后铺装体系在荷载作用下局部刚度的要求;通过对钢桥面板和铺装抗疲劳性能控制指标的计算分析,研究了钢桥面板各部件尺寸对钢桥面系疲劳寿命的影响。　　最后,通过工程实例说明抗疲劳设计的应用,结果表明这种方法具有较好的实用性,可以满足设计与研究的需要。
作者：	姚波
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	黄卫
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文