本文選題：鋼橋 + 斷裂力學(xué)　； 參考：《清華大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：目前,各國(guó)規(guī)范普遍采用基于S-N曲線的名義應(yīng)力法對(duì)鋼橋細(xì)節(jié)進(jìn)行疲勞評(píng)估,而這種方法往往依賴(lài)于構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞類(lèi)別和荷載歷史。當(dāng)面對(duì)新型連接和節(jié)點(diǎn)或采用新型鋼材的構(gòu)造時(shí),通常需要開(kāi)展疲勞試驗(yàn),但試驗(yàn)費(fèi)用昂貴且結(jié)果往往缺乏普遍適用性。針對(duì)這一現(xiàn)狀,本文基于斷裂力學(xué)理論,開(kāi)展了對(duì)鋼橋疲勞問(wèn)題的研究,主要的研究工作和成果如下:(1)在三種應(yīng)力比條件下,完成了三種厚度、共計(jì)54個(gè)Q345qD鋼緊湊拉伸試樣及10.0mm厚、共計(jì)18個(gè)WNQ570鋼緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)。分別采用成組數(shù)據(jù)法和單試件數(shù)據(jù)法,提出了Q345qD和WNQ570母材及焊縫的基于Paris公式的疲勞裂紋擴(kuò)展速率參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值,給出了開(kāi)展疲勞評(píng)估時(shí)參數(shù)的選用建議,為相關(guān)工程的疲勞評(píng)估提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。(2)選取三種典型的焊接構(gòu)造細(xì)節(jié)——不等厚對(duì)接焊縫、十字形傳力角焊縫和十字形非傳力角焊縫,完成了共計(jì)78個(gè)試件的疲勞試驗(yàn),細(xì)致測(cè)量了試件的幾何外觀、初始裂紋位置和應(yīng)變數(shù)據(jù),并驗(yàn)證了現(xiàn)行規(guī)范中疲勞設(shè)計(jì)曲線的適用性。(3)實(shí)現(xiàn)了基于FRANC3D和ABAQUS交互平臺(tái)的復(fù)合型疲勞裂紋擴(kuò)展分析方法。利用已完成的焊接構(gòu)造疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù),充分驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性和可靠性。在此基礎(chǔ)上評(píng)估了三種焊接構(gòu)造解析解的合理性,開(kāi)展了焊接構(gòu)造疲勞壽命的影響因素分析,并推薦了三種典型焊接構(gòu)造的初始裂紋設(shè)置方式。(4)將復(fù)合型疲勞裂紋擴(kuò)展分析方法推廣至多尺度有限元模型,利用既有疲勞試驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證了本方法在多尺度模型中的準(zhǔn)確性和可靠性,并將本方法應(yīng)用在一座典型鐵路鋼桁梁橋的疲勞評(píng)估之中。通過(guò)名義應(yīng)力方法完成了該橋的疲勞構(gòu)造細(xì)節(jié)危險(xiǎn)程度排序,識(shí)別出其中最危險(xiǎn)的兩種構(gòu)造細(xì)節(jié),分別建立了每種危險(xiǎn)細(xì)節(jié)含裂紋體的多尺度模型和單純局部模型,預(yù)測(cè)了兩種危險(xiǎn)細(xì)節(jié)的剩余疲勞壽命。據(jù)此討論了在開(kāi)展宏觀結(jié)構(gòu)層面的疲勞裂紋擴(kuò)展分析時(shí)采用多尺度模型的必要性,并考察了列車(chē)軸重增加對(duì)鋼橋疲勞壽命的顯著影響。本文形成了一種基于斷裂力學(xué)手段、具有普遍適用性、經(jīng)過(guò)可靠驗(yàn)證的疲勞評(píng)估方法,并將其推廣應(yīng)用至工程實(shí)際,可以有效地克服鋼橋傳統(tǒng)疲勞評(píng)估方法的不足,服務(wù)于我國(guó)鋼橋建設(shè)的發(fā)展。
[Abstract]:At present, the nominal stress method based on S-N curve is widely used in many countries to evaluate the fatigue of steel bridges, and this method often depends on the fatigue type and load history of the structural details. Fatigue tests are usually required for new connections and joints or for the construction of new steels, but the test costs are expensive and the results are often not universally applicable. In this paper, based on the theory of fracture mechanics, the fatigue problem of steel bridge is studied. The main research work and results are as follows: (1) under three kinds of stress ratio conditions, three kinds of thickness have been completed. A total of 54 Q345qD steel compact tensile specimens and 10.0mm thickness, a total of 18 WNQ570 steel compact tensile specimens fatigue crack growth rate test. The standard values of fatigue crack growth rate parameters based on Paris formula for Q345qD and WNQ570 base metals and welds are presented by using group data method and single specimen data method respectively. Suggestions for selecting parameters for fatigue assessment are given. It provides important basic data for fatigue assessment of related engineering. (2) three typical welding structure details, i.e. butt weld with unequal thickness, cross force transfer fillet weld and cross non-force transmission angle weld, are selected. The fatigue tests of 78 specimens were completed, and the geometric appearance, initial crack location and strain data of the specimens were carefully measured. The applicability of fatigue design curve in current code is verified. (3) the method of composite fatigue crack growth analysis based on FRANC3D and Abaqus interactive platform is implemented. The accuracy and reliability of the method are fully verified by using the completed fatigue test data of welding structures. On this basis, the rationality of the analytical solutions of the three welding structures is evaluated, and the factors affecting the fatigue life of the welding structures are analyzed. Three kinds of initial crack setting methods for typical welding structures are recommended. (4) the composite fatigue crack propagation analysis method is extended to the finite element model at most, and the existing fatigue test results are used. The accuracy and reliability of this method in the multi-scale model are verified, and the method is applied to the fatigue assessment of a typical railway steel truss bridge. By means of nominal stress method, the dangerous degree of fatigue structural details of the bridge is sorted out, the two most dangerous structural details are identified, and the multi-scale model and the simple local model of each kind of dangerous detail with cracks are established, respectively. The residual fatigue life of two dangerous details is predicted. The necessity of using multi-scale model in fatigue crack propagation analysis at macro structural level is discussed, and the remarkable influence of axle load on fatigue life of steel bridge is investigated. In this paper, a fatigue assessment method based on fracture mechanics, which has universal applicability and has been proved to be reliable and applied to engineering practice, can effectively overcome the shortcomings of traditional fatigue assessment methods of steel bridges. It serves the development of steel bridge construction in China.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：U441.4

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本文編號(hào)：2081749