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斜拉桥索梁锚固区有限元分析及疲劳损伤研究
| 论文题名： | 斜拉桥索梁锚固区有限元分析及疲劳损伤研究 |
| 关键词： | 索梁锚固区;有限元分析;结构改进;疲劳损伤;斜拉桥 |
| 摘要： | 大跨度斜拉桥索梁锚固区是桥梁设计的关键部位之一。索梁锚固区一般承受强大的集中荷载和动载荷,特别是索梁结合处,由于钢索和锚具的巨大集中力的局部效应,使得该区域箱梁的受力更为复杂,应该通过有限元方法对其进行局部应力分析,了解结构的实际工作状态和应力分布。由于材料和结构在交变应力的作用下易发生疲劳破坏,所以寻找索梁锚固区的疲劳损伤易发生位置和研究索梁锚固区对数疲劳寿命对大桥整体的安全性具有十分重要的意义。 本文使用ANSYS软件构建了锚固区有限元模型,对其结构进行应力分析,并利用ANSYS/FE-SAFE软件对其进行疲劳可靠性研究。通过研究锚固区的对数疲劳寿命和疲劳安全系数云图,从而确定了索梁锚固区疲劳损伤易发生位置,为结构改进和桥梁以后日常安全监控提供了理论指导。研究的内容如下: (1)采用ANSYS有限元法分析软件,利用壳单元建立了斜拉桥的索梁锚固区的有限元模型,对索梁锚固区在最不利的载荷组合作用下,对索梁锚固区应力分布进行分析与计算。通过分析可知,加筋板与承压板焊接区域应力最大,并且尖角处较为突出。 (2)索梁锚固区的加筋板边角处的VonMiss应力值达到283MPa,是结构应力集中最大的区域,加筋板结构进行了改进设计,降低了其应力集中,为实际桥梁索梁锚固区的结构改进提供了参考,同时还研究了锚固区锚垫板与承压板接触的变形,给出了不同载荷下的锚垫板的变形曲线,为防止张拉过程中锚垫板过大变形提供了理论参考。 (3)在标准疲劳车、M7模型车辆的作用下,锚固区整体都是安全的,疲劳损伤较小;在满载模型车辆以及超载20％、50%车辆作用下,索梁锚固区的疲劳损伤部位都在横隔板上的加筋板与N7板焊缝处;当在超载50%和100%的情况下,横隔板上的加筋板与N7板焊缝处疲劳寿命低于200万次,易发生疲劳损伤。 (4)在超载50%模型车辆、超载100%模型车辆分别与不同级别的风载荷作为疲劳载荷幅值的情况下,得出锚固区疲劳损伤位置不同。进一步考察风载荷对锚固区的影响,得出超载100%模型车辆与六级至七级风载荷作用下,对数疲劳寿命变化不太明显,当风速超过七级时,疲劳寿命减少的幅度比较大,说明当风速超过七级以上会对锚固区产生比较大的疲劳损伤。 |
| 作者： | 刘雯 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 宋绪丁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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