發(fā)布時(shí)間：2020-07-24 05:29

【摘要】：正交異性鋼橋面板(以下簡(jiǎn)稱OSD結(jié)構(gòu))具有可模塊化預(yù)制、加快施工速度、提高使用壽命和減輕橋梁上部結(jié)構(gòu)自重等眾多優(yōu)點(diǎn),一經(jīng)提出即受到各國(guó)研究人員和工程師的廣泛關(guān)注和應(yīng)用。但隨著OSD結(jié)構(gòu)投入使用,其疲勞問題也被暴露,其中主要原因包括:局部荷載問題突出;影響線短,疲勞荷載重復(fù)作用;構(gòu)造復(fù)雜,易產(chǎn)生應(yīng)力集中;焊接連接處會(huì)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力。國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了多年研究,并取得大量研究成果,但疲勞問題并沒有得到徹底解決,因此對(duì)此問題進(jìn)行更深一步研究。論文以一座現(xiàn)有的橋梁為原型,在此基礎(chǔ)上對(duì)縱肋與橫隔板連接處(Rib-Floorbeam,以下簡(jiǎn)稱FB)的疲勞控制應(yīng)力和應(yīng)力組成進(jìn)行分析,擬定構(gòu)造優(yōu)化的相應(yīng)思路。從OSD結(jié)構(gòu)的構(gòu)造出發(fā),對(duì)其設(shè)計(jì)參數(shù)和構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化,以達(dá)到降低疲勞應(yīng)力、提高疲勞壽命的預(yù)期,主要研究工作如下:(1)建立整體有限元模型和子模型,比較不同建模情況下有限元計(jì)算結(jié)果,選取分析較為快捷且對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大的建模方式。比較模型計(jì)算結(jié)果中的應(yīng)力集中位置與統(tǒng)計(jì)中易發(fā)生疲勞破壞的位置,選取研究工作關(guān)注位置分別為U肋上A點(diǎn)和橫隔板上B點(diǎn)。通過移動(dòng)荷載工況分析橫隔板和縱肋中的應(yīng)力組成,發(fā)現(xiàn)橫隔板上應(yīng)力以面內(nèi)應(yīng)力為主,縱肋上應(yīng)力以面外應(yīng)力為主。繪制A、B兩點(diǎn)的應(yīng)力影響面,提取這兩點(diǎn)的控制應(yīng)力及主應(yīng)力方向,發(fā)現(xiàn)這兩點(diǎn)的影響面范圍較小,受疲勞荷載影響嚴(yán)重,且主應(yīng)力方向與疲勞裂紋方向相垂直。提取B點(diǎn)附近弧形開口處的主應(yīng)力,發(fā)現(xiàn)弧形開口處曲線半徑較小的區(qū)域,應(yīng)力集中問題嚴(yán)重。(2)依據(jù)各國(guó)規(guī)范建議并參考實(shí)際橋梁采用的弧形開口形式,建立具有不同開口形式的OSD結(jié)構(gòu)有限元模型,以A、B兩點(diǎn)的控制應(yīng)力為指標(biāo)進(jìn)行比較分析。發(fā)現(xiàn)提高弧形開口的半徑可以改善B點(diǎn)的疲勞性能,提出新型的開口形式,并驗(yàn)證了該形式對(duì)于改善A、B兩點(diǎn)處的疲勞性能有良好效果。(3)結(jié)合鋼橋中橫隔板的設(shè)計(jì)方法,計(jì)算得到依據(jù)剛度設(shè)計(jì)的橫隔板厚度,遠(yuǎn)小于實(shí)際橋梁所采用的橫隔板厚度。對(duì)具有不同橫隔板厚度的OSD結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析,發(fā)現(xiàn)增加橫隔板厚度可以有效降低A、B兩點(diǎn)的控制應(yīng)力,降低橫隔板厚度可以降低B點(diǎn)的面外應(yīng)力。提出變厚度橫隔板的思路,提高橫隔板上部厚度,保持橫隔板下部厚度不變,計(jì)算證明該方法對(duì)于改善B點(diǎn)的疲勞性能有良好效果。(4)參考美國(guó)規(guī)范的縱肋內(nèi)隔板設(shè)置方法,在已有模型基礎(chǔ)上設(shè)置內(nèi)隔板,發(fā)現(xiàn)內(nèi)隔板對(duì)于降低A點(diǎn)的控制應(yīng)力有較好效果。提出設(shè)置雙內(nèi)隔板的新式構(gòu)造的想法,經(jīng)驗(yàn)證該構(gòu)造對(duì)于改善A點(diǎn)疲勞性能有良好效果。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U441.4
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文濟(jì)優(yōu)勢(shì)。在迫切的需求下，德國(guó)開始迅速發(fā)展 OSD 橋，建設(shè)了穿過萊茵河的Keulen-Mulheim 橋。此后，OSD 橋得到了世界橋梁設(shè)計(jì)師的信賴，在全世界推廣使用。歐洲在 OSD 結(jié)構(gòu)的發(fā)展和使用上具有悠久的歷史。在 1966 年，英國(guó)建成了跨越塞文河的 Severn 橋，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)還是以減輕上部結(jié)構(gòu)為指標(biāo)，這座橋也是最早發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)疲勞裂紋的橋，同時(shí)引起了全世界學(xué)者的廣泛研究。在 1998 年，丹麥開通了大貝爾特橋，該橋采用懸索體系，上部結(jié)構(gòu)采用箱梁，主跨達(dá)到 1624m，在當(dāng)時(shí)是世界上第二大懸索橋（僅次于同年四月份建成的日本明石海峽大橋）。

開通了大貝爾特橋，該橋采用懸索體系，上部結(jié)構(gòu)采用箱梁，主跨達(dá)到 1624m，在當(dāng)時(shí)是世界上第二大懸索橋（僅次于同年四月份建成的日本明石海峽大橋）。a）塞文橋 b）大貝爾特橋圖 1-5 歐洲 OSD 橋梁日本對(duì)于橋梁的需求很大，也較早的引入了 OSD 結(jié)構(gòu)。從 1954 年開始日本政府修建了中里跨線橋，此后更是認(rèn)識(shí)到 OSD 結(jié)構(gòu)對(duì)于島國(guó)交通的重要性。并于1972 年由日本導(dǎo)論管理局出版了第一份設(shè)計(jì)指南。這種構(gòu)造在 1999 年建成的日本來島大橋、明石海峽大橋和多多羅大橋中都得到應(yīng)用。

a）奧克蘭大橋 b）金門大橋圖 1-7 美國(guó) OSD 橋梁中國(guó)于 20 世紀(jì) 60~70 年代在成昆鐵路線中首次引進(jìn) OSD 結(jié)構(gòu)，OSD 在我國(guó)雖然起步較晚，但由于其優(yōu)越的性能，發(fā)展迅速，現(xiàn)在已經(jīng)作為鋼橋的首選橋面結(jié)構(gòu)，在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用，著名的 OSD 橋有蘇通大橋、南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋、虎門大橋以及在 2018 年開通運(yùn)營(yíng)的港珠澳大橋。a）蘇通大橋 b）港珠澳大橋圖 1-8 中國(guó) OSD 橋梁

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