【摘要】：正交異性鋼橋面板在結(jié)構(gòu)性能上表現(xiàn)出承載力強(qiáng),跨度大,受力性能優(yōu)異等諸多優(yōu)勢,現(xiàn)廣泛應(yīng)用于各種橋型。然而應(yīng)用于實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)存在橋面鋪裝損害和構(gòu)造細(xì)節(jié)開裂這兩個(gè)問題。究其原因,可概況為以下幾點(diǎn):車輛荷載,循環(huán)往復(fù)作用;復(fù)雜構(gòu)造,易導(dǎo)致應(yīng)力集中;焊接連接,易產(chǎn)生缺陷和殘余應(yīng)力。國內(nèi)外的研究人員經(jīng)歷了多年的實(shí)驗(yàn)計(jì)算,并嘗試各種結(jié)構(gòu)優(yōu)化,但尚未能從根本上解決上述問題。論文以一座鋪裝病害嚴(yán)重,U肋頂板連接焊縫出現(xiàn)輕微裂紋的鋼斜拉橋?yàn)檠芯吭?擬定超高韌性混凝土結(jié)構(gòu)作為新的鋪裝方案對原破損嚴(yán)重的瀝青鋪裝進(jìn)行更換。來探究更換鋪裝對構(gòu)造細(xì)節(jié)抗疲勞性能的影響及對焊縫處細(xì)小裂紋繼續(xù)擴(kuò)展的控制效果。主要研究工作可分為如下三個(gè)方面:(1)分別建立兩種鋪裝結(jié)構(gòu)的多尺度有限元模型(對瀝青鋪裝設(shè)定不同的剛度以模擬不同的破損程度,對超高韌性混凝土鋪裝設(shè)定不同的層間摩擦系數(shù)以模擬不同的界面粘結(jié)能力),利用外推公式得到U肋頂板焊縫處熱點(diǎn)應(yīng)力,結(jié)合S-N曲線法評估其疲勞壽命。結(jié)果發(fā)現(xiàn),瀝青鋪裝破損會使得U肋頂板焊接細(xì)節(jié)疲勞壽命大幅折減,更換為STC鋪裝后構(gòu)造細(xì)節(jié)理論上具有無限壽命。(2)對U肋頂板焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行有限元分析,模擬焊縫填充過程,觀察到焊接全過程溫度及應(yīng)力變化,提取過程溫度場結(jié)果,分析殘余應(yīng)力分布形態(tài)。結(jié)果顯示:橋面板靠近焊縫處殘余Von Mises應(yīng)力幾乎達(dá)到屈服強(qiáng)度,遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域縱橋殘余應(yīng)力呈現(xiàn)壓應(yīng)力狀態(tài),與已有的實(shí)驗(yàn)及數(shù)值分析結(jié)論基本一致,驗(yàn)證了殘余應(yīng)力數(shù)值模擬的正確性。(3)基于斷裂力學(xué)理論,確定幾種初始裂紋長度,以(1)中得到的兩種鋪裝結(jié)構(gòu)共八種狀態(tài)下的等效應(yīng)力幅作為應(yīng)力邊界條件,使用ANSYS建立含裂紋的二維有限元模型,定義裂紋擴(kuò)展增量,多次計(jì)算疊加得到裂紋循環(huán)擴(kuò)展曲線,認(rèn)為裂紋擴(kuò)展至板厚約0.7倍就達(dá)到結(jié)構(gòu)失穩(wěn)斷裂的截止限。結(jié)合日交通量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到裂紋擴(kuò)展至破壞的全壽命。發(fā)現(xiàn)時(shí)與(1)中方法得到的結(jié)果基本一致�？紤]實(shí)際結(jié)構(gòu)中可見裂紋的長度一定大于,認(rèn)為斷裂力學(xué)法的估算結(jié)果更保守。同時(shí)也證明了STC鋪裝對U肋頂板焊縫處的裂紋擴(kuò)展有良好的控制效果。
【圖文】：

下劃線文字為導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)的主要因素，加粗文字為本文關(guān)注重點(diǎn)圖 1-2 鋼橋疲勞特點(diǎn)及 OSD 構(gòu)造疲勞病害成因特別指出，除了“局部塑性變形”和“應(yīng)力幅”，有的文獻(xiàn)也會將“拉應(yīng)導(dǎo)致裂紋的主要因素之一[9]。由圖 1-2，表 1-2 中歸納的造成 OSD 自身及害的成因，可以理解各構(gòu)造細(xì)節(jié)焊接處一直都是疲勞研究的重點(diǎn)。2) 常見的疲勞破壞細(xì)節(jié)隨著橋梁工程界對疲勞問題認(rèn)識的深入，OSD 構(gòu)造細(xì)節(jié)也在不斷優(yōu)化，1-1 展示了 U 肋截面形式在不同時(shí)期的變化。圖 1-3 為 OSD 結(jié)構(gòu)早期的構(gòu)]，，當(dāng)前的 OSD 設(shè)計(jì)中已剔除棄用其中的 ，剩余 5 種易出現(xiàn)疲勞位[6]在圖中突出顯示：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文現(xiàn)已有研究證實(shí)，雖然第 類方法加固效果最好，但對于微小裂紋，可以通過改進(jìn)鋪裝層讓應(yīng)力重新分布，進(jìn)而降低裂紋處應(yīng)力水平，達(dá)到控制裂紋擴(kuò)展的效果建議根據(jù)實(shí)際情況，方案 組合使用[14]。1.1.3 課題來源及意義本文依托于遼寧省鐵嶺市凡河四橋（異形獨(dú)塔雙跨斜拉橋），其跨徑布置示意于圖 1-6。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U443.33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2626299