【摘要】：現(xiàn)今日益增多的橋梁修建,如何延長橋梁的使用壽命問題日漸凸顯。吊桿作為橋梁的重要組成構(gòu)件,受到橋梁結(jié)構(gòu)本身荷載作用以及各種外界復(fù)雜因素的影響,不免會(huì)遭受到損傷而導(dǎo)致抗性降低,容易出現(xiàn)疲勞失效。所以吊桿鋼絲的疲勞失效問題日益受到工程領(lǐng)域的重視。本文主要分析影響吊桿鋼絲疲勞失效的因素,并逐一進(jìn)行具體的數(shù)值計(jì)算分析。采用基于約束應(yīng)力區(qū)的宏/微觀跨尺度疲勞裂紋擴(kuò)展模型,對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證;利用Midas/Civil有限元軟件建立茅草街大橋模型,利用疲勞裂紋擴(kuò)展模型對(duì)茅草街大橋吊桿鋼絲的疲勞問題做詳盡的計(jì)算與分析。本文的主要研究工作,是基于約束應(yīng)力區(qū)的宏/微觀跨尺度疲勞裂紋擴(kuò)展統(tǒng)一模型,研究吊桿鋼絲的疲勞斷裂行為,分析各個(gè)宏/微觀因素對(duì)鋼絲疲勞失效行為的影響。主要工作包括:(1)研究40CrNi2Si2MoVA低合金超高強(qiáng)度鋼材料的跨尺度疲勞行為。利用光滑試件的實(shí)驗(yàn)S-N曲線,擬合出材料的疲勞損傷參數(shù)。對(duì)含缺口試件的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè),理論預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好,驗(yàn)證了該模型可以有效描述高強(qiáng)鋼材從微觀到宏觀疲勞失效的全過程。(2)建立了茅草街大橋的有限元分析模型。橋梁吊桿在不同荷載工況下,并考慮吊桿鋼絲的松弛或張緊效應(yīng),對(duì)吊桿鋼絲的受力狀況進(jìn)行詳細(xì)分析計(jì)算。對(duì)吊桿鋼絲在橋梁實(shí)際服役過程中的疲勞壽命,給出一個(gè)合理的估計(jì)。(3)采用疲勞裂紋擴(kuò)展跨尺度模型,對(duì)茅草街大橋吊桿的疲勞失效行為進(jìn)行計(jì)算與分析,得出了受力最不利吊桿不同工況下的a-N曲線圖。通過數(shù)值計(jì)算,對(duì)影響吊桿疲勞失效行為的各因素進(jìn)行了研究。計(jì)算結(jié)果表明,微觀效應(yīng)對(duì)吊桿鋼絲的疲勞斷裂行為的顯著影響。
[Abstract]:Nowadays, more and more bridges are built, how to prolong the service life of bridges becomes more and more important. As an important component of the bridge, the suspension rod is affected by the load of the bridge structure itself and various external complex factors, which inevitably results in the reduction of resistance and fatigue failure. Therefore, the fatigue failure of suspender steel wire has been paid more and more attention in engineering field. This paper mainly analyzes the factors that affect the fatigue failure of steel wire, and carries out the numerical calculation one by one. The macro / micro scale fatigue crack growth model based on constrained stress region is used to verify the model. The model of Maocaojie Bridge is established by using Midas/Civil finite element software, and the fatigue problem of suspension steel wire of Maocaojie Bridge is calculated and analyzed in detail by using the fatigue crack propagation model. The main work of this paper is to study the fatigue fracture behavior of suspender steel wire based on the unified model of macro / micro scale fatigue crack propagation in constrained stress region, and to analyze the influence of macro / micro factors on fatigue failure behavior of steel wire. The main work includes: (1) the cross scale fatigue behavior of 40CrNi2Si2MoVA low alloy ultra high strength steel is studied. The fatigue damage parameters of the material were fitted by the S-N curve of the smooth specimen. The fatigue life of specimens with notches is predicted, and the theoretical prediction results are in good agreement with the experimental results. It is verified that the model can effectively describe the whole process of fatigue failure of high strength steel from micro to macro. (2) the finite element analysis model of Maocaojie Bridge is established. Under different load conditions and considering the relaxation or tension effect of suspension steel wire, the stress state of suspension rod steel wire is analyzed and calculated in detail. A reasonable estimate is given for the fatigue life of suspension steel wire in the actual service of the bridge. (3) the fatigue failure behavior of the suspension rod of Maocaojie Bridge is calculated and analyzed by using the cross-scale model of fatigue crack propagation. The a-N curves of the most unfavorable suspenders under different working conditions are obtained. Through numerical calculation, the factors influencing the fatigue failure behavior of suspenders are studied. The results show that the microcosmic effect has a significant effect on the fatigue fracture behavior of steel wire.
【學(xué)位授予單位】：長沙理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U441.4;U448.22

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本文編號(hào)：2318279