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钢桁梁斜腹杆过焊孔细节的疲劳性能与疲劳寿命评估
| 论文题名： | 钢桁梁斜腹杆过焊孔细节的疲劳性能与疲劳寿命评估 |
| 关键词： | 钢桁梁桥;斜腹杆;过焊孔细节;疲劳性能;寿命评估 |
| 摘要： | 钢桁梁桥的焊接部位较多，它们可靠与否直接影响到整个桥梁结构的安全使用。随着钢桁结构桥梁的跨度不断提高，一些新制造工艺和新构造型式逐渐出现，设计人员往往不能正确把握这些构造细节的疲劳性能，这将给桥梁设计与管理工作带来隐患。 钢桁梁斜腹杆过焊孔细节焊缝集中，过焊孔周围区域应力梯度较大，疲劳失效通常起始于此，是疲劳开裂的重点关注位置。本文依托疲劳试验对钢桁梁斜腹杆过焊孔细节的疲劳性能进行了测试，在此基础上，基于断裂力学思想，合理确定了该细节采用Paris公式进行疲劳寿命预测的疲劳特征参数。主要研究内容与结论包括: 1、介绍了基于S-N曲线的传统疲劳寿命评估方法与基于线弹性断裂力学的疲劳寿命评估方法的基本原理;从多方面讨论了两者的优劣势，认为采用断裂力学法研究焊接钢桥的疲劳性能将取得更好的效果。 2、详细阐述了扩展有限元借助裂尖渐进位移函数与跳跃函数模拟不连续性位移场的方法，并将扩展有限元应用于应力强度因子的数值计算;在此基础上，基于简单算例对其计算效率和计算精度进行了评价，认为扩展有限元法较有限元法能有效简化计算过程，且能获得较高精度的结果。 3、设计了能够反映钢桁梁斜腹杆过焊孔细节力学特征的试件，开展试验对其疲劳性能进行测试，测得该细节在名义应力幅63MPa、81MPa、99MPa工况下的疲劳寿命;观察发现试件均于过焊孔内翼缘板侧焊趾处起裂，应重点关注此区域的抗疲劳性能。 4、根据疲劳试验实测数据，推导了钢桁梁斜腹杆过焊孔细节S-N曲线表达式，计算得到该细节在荷载循环作用200万次时发生疲劳破坏的应力幅限值。 5、分析了Paris公式中疲劳特征参数对预测结果的影响规律，发现参数C、m、a0对预测结果影响十分剧烈且互相依赖，突出了合理确定疲劳特征参数对保证疲劳寿命预测精度的重要性; 6、采用扩展有限元法计算试件的应力强度因子幅，结合疲劳试验测试数据，合理确定了钢桁梁斜腹杆过焊孔细节采用Paris公式进行疲劳寿命预测的疲劳特征参数C、m，以期为类似结构进行疲劳设计提供参考。 |
| 作者： | 王聪 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 李小珍;肖林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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