本文選題：正交異性鋼橋面板　切入點(diǎn)：等效應(yīng)力幅　出處：《天津大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：正交異性鋼橋板憑借其承載能力大、自重輕、施工快和結(jié)構(gòu)美觀等優(yōu)點(diǎn)，很好的解決了橋梁的自重、承重和跨徑之間的矛盾，已經(jīng)成為大跨徑鋼橋的首選橋面形式。對(duì)于正交異性鋼橋面板來(lái)說(shuō)，由于其不但要承受其頂部車輛的循環(huán)作用，而且作為主梁的一部分共同參與受力，從而造成局部承受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)過(guò)多，且在梁體焊接過(guò)程中會(huì)引起不可避免的應(yīng)力集中及焊接缺陷，，使得鋼橋面板在運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，極易產(chǎn)生疲勞裂紋。大跨度鋼橋一旦出現(xiàn)疲勞裂紋，不僅維修困難、費(fèi)用昂貴，而且會(huì)引起橋梁突然破壞的災(zāi)難性事故。目前疲勞開裂導(dǎo)致其維修加固需求十分突出，而一些維修加固的方法并不是十分有效，主要是對(duì)其疲勞失效機(jī)理的研究尚不深入。 為了追蹤正交異性鋼橋面板的疲勞裂紋擴(kuò)展過(guò)程，為通用的正交異性板的鋼橋的抗疲勞設(shè)計(jì)和開裂加固提供理論指導(dǎo)，本文提出了基于實(shí)橋有限元模型進(jìn)行正交異性鋼橋面板疲勞裂紋擴(kuò)展模擬的方法和流程，并對(duì)國(guó)內(nèi)外鋼橋裂紋修復(fù)方法進(jìn)行了分類匯總。具體研究?jī)?nèi)容及成果如下： 1、提出了考慮疲勞荷載模型、車輛輪軸橫向分布、平均日交通量、交通量年增長(zhǎng)率、沖擊系數(shù)等多種因素影響下，橋面板中各部位等效應(yīng)力幅的計(jì)算方法，從而得到了更接近實(shí)際的等效應(yīng)力幅計(jì)算公式。 2、提出了一種基于通用有限元軟件的鋼橋面板疲勞裂紋擴(kuò)展過(guò)程數(shù)值模擬方法。首先，建立橋梁整體有限元模型，進(jìn)行恒載及活載作用下的整體分析，并結(jié)合實(shí)橋調(diào)查結(jié)果確定全橋疲勞關(guān)鍵部位；然后，建立包含焊接細(xì)節(jié)的疲勞關(guān)鍵部位的精細(xì)化模型進(jìn)行疲勞應(yīng)力幅分析，同時(shí)基于車橋耦合振動(dòng)分析考慮沖擊系數(shù)對(duì)應(yīng)力幅的影響，確定裂紋擴(kuò)展方向、路徑及壽命，進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展全過(guò)程分析。 3、以某既有大跨度橋梁的鋼橋面板疲勞裂紋擴(kuò)展為例，驗(yàn)證了本文方法和計(jì)算流程的可行性、計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，研究了橋面鋪裝層、路況、車輛超載及交通量年增長(zhǎng)率等因素對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的影響，并為該橋運(yùn)營(yíng)期疲勞失效維修與加固提供了理論依據(jù)。 4、對(duì)正交異性鋼橋面板疲勞裂紋修復(fù)方法進(jìn)行了匯總分析，研究成果可為各個(gè)疲勞細(xì)節(jié)部位維修加固方案的制定提供參考。
[Abstract]:The orthotropic steel bridge plate has the advantages of large bearing capacity, light weight, fast construction and beautiful structure, which solves the contradiction between the weight, bearing capacity and span of the bridge. It has become the preferred deck form for long span steel bridges. For orthotropic steel bridge panels, they not only bear the cyclic action of their top vehicles, but also participate in the force as part of the main beam. As a result, the number of local stress cycles is excessive, and the inevitable stress concentration and welding defects will be caused in the welding process of the beam body, which makes the steel bridge face plate operate for a period of time. It is easy to produce fatigue crack. Once there are fatigue cracks in long span steel bridge, it is not only difficult to maintain and expensive, but also can cause the catastrophic accident of bridge sudden destruction. At present, fatigue cracking causes the demand for maintenance and reinforcement to be very prominent. However, some methods of maintenance and reinforcement are not very effective, and the research on fatigue failure mechanism is not deep. In order to track the fatigue crack propagation process of orthotropic steel bridge panel and provide theoretical guidance for fatigue design and crack strengthening of orthotropic steel bridge. In this paper, the method and flow of fatigue crack propagation simulation of orthotropic steel bridge slab based on the finite element model of real bridge are put forward, and the crack repairing methods of steel bridge at home and abroad are classified and summarized. The concrete research contents and results are as follows:. 1. Under the influence of fatigue load model, lateral distribution of vehicle wheel axle, average daily traffic volume, annual growth rate of traffic volume, impact coefficient and other factors, the equivalent stress amplitude of each part of bridge deck is calculated. A formula for calculating the equivalent stress amplitude is obtained, which is closer to the actual situation. 2. A numerical simulation method for fatigue crack propagation process of steel bridge face slab based on universal finite element software is proposed. Firstly, the integral finite element model of the bridge is established, and the whole analysis under dead load and live load is carried out. Combined with the investigation results of the real bridge, the key parts of fatigue of the whole bridge are determined, and then, the fatigue stress amplitude analysis is carried out by establishing a fine model of the key parts of fatigue including welding details, and analyzing the fatigue stress amplitude of the whole bridge. At the same time, based on the vehicle-bridge coupling vibration analysis, considering the impact coefficient on the stress amplitude, the crack propagation direction, path and life are determined, and the whole process of fatigue crack growth is analyzed. 3. Taking the fatigue crack propagation of a steel bridge slab of an existing large-span bridge as an example, the feasibility and accuracy of the method and calculation flow are verified, and the pavement and road conditions of the bridge deck are studied. The influence of vehicle overload and annual growth rate of traffic volume on fatigue crack propagation life is also discussed, which provides a theoretical basis for fatigue failure maintenance and reinforcement of the bridge during operation period. 4. The fatigue crack repair methods of orthotropic steel bridge face are summarized and analyzed, and the research results can be used as a reference for the establishment of maintenance and reinforcement schemes for various fatigue detail parts.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U448.36;U441

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本文編號(hào)：1600364