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原文传递钢管混凝土桥管节点疲劳性能试验研究

论文题名：	钢管混凝土桥管节点疲劳性能试验研究
关键词：	钢管混凝土桥;应力集中;疲劳试验;裂纹扩展;疲劳寿命
摘要：	随着我国交通运输事业的进步，钢管混凝土桥作为一种较为新颖的桥型得到了快速发展。近二十年来，已建和在建的钢管混凝土拱桥已经超过200座。然而必须看到，对钢管混凝土桥设计理论的研究相对落后于工程实践，在设计规范方面尤其是针对管节点的疲劳设计不够完善。　　对钢管混凝土桥而言，管节点是承载荷载的关键部位，也往往是整个结构的薄弱环节。本文根据对国内外钢管混凝土桥疲劳问题的调研，通过理论分析和试验研究相结合的方法，对下述问题进行了研究。　　一、广泛收集调研国内外钢管混凝土典型焊接节点疲劳研究的相关成果，针对实际工程需求和有待解决的设计问题，提出本文研究的相关课题。　　二、通过钢管混凝土管节点静载试验，实测了钢管混凝土管节点的名义应力、热点应力，并由此得到钢管混凝土管节点的应力集中系数，同时还建立了精细的三维有限元模型，对试验构件进行应力计算，并与试验实测值进行对比验证。　　三、针对钢管混凝土管节点的应力集中和应力集中系数进行了研究，分析了应力集中的原因及相应的影响因素，对比研究了空心管节点和钢管混凝土管节点应力集中的差异性，提出了应力集中缓减系数q的概念，并运用APDL(参数化语言)的方法建立有限元模型，再通过NLSF(非线性最小平方拟合)的方法进行多个独立变量的拟合和相关系数的分析得到q的表达式，在空心管应力集中系数公式的基础上提出了钢管混凝土管节点应力集中系数的计算公式。　　四、通过对管节点模型的疲劳数据进行统计分析，提出了钢管混凝土表面裂纹长度达到3倍壁厚时管节点疲劳失效的判别准则。通过疲劳试验加载与对裂纹扩展的观测，对钢管混凝土节点来说，由于混凝土的约束作用，上述管节点疲劳失效的判别准则是安全的。　　五、通过基于试验的管节点的应力分析，提出了管节点力学模型和热点区域疲劳裂纹开裂位置的计算公式，该模型可解释空心管和钢管混凝土热点位置转移的力学现象，预测管节点疲劳起裂点的位置，并给出解析解。本文用该模型提出的公式计算了曹娥江大桥疲劳试验模型管节点的开裂位置，与试验结果吻合较好。　　六、运用传统的S-N曲线法和断裂力学的方法对钢管混凝土管节点的疲劳强度及裂纹扩展寿命进行研究，提出了钢管混凝土相应于空心管(DT类)的疲劳强度修正系数，并由此得到钢管混凝土管节点S-N曲线的修正方程；从断裂力学的角度提出了钢管混凝土管节点裂纹扩展的计算方法，并通过疲劳试验数据确定了裂纹扩展计算公式的参数取值。　　七、以曹娥江大桥为例，建立了全桥有限元模型，分别运用本文所提S－N曲线修正方程和断裂力学两种方法计算其疲劳寿命，两种方法互为验证，并由此建立钢管混凝土桥管节点疲劳寿命评估流程。
作者：	刁砚
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	钱永久
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文