【摘要】：近年來隨著大跨徑橋梁的快速發(fā)展,鋼箱梁的使用率越來越高,因此鋼橋面板的疲勞破壞越來越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。我國(guó)鐵路鋼橋疲勞設(shè)計(jì)方面較為完善,而公路鋼橋疲勞設(shè)計(jì)在2015年之前基本參考國(guó)外和鐵路方面的相關(guān)疲勞荷載規(guī)范。由于國(guó)內(nèi)外的實(shí)際交通狀況差異較大,故我國(guó)交通運(yùn)輸部在參考英國(guó)BS5400規(guī)范、歐洲Eurocode規(guī)范、美國(guó)AASHTO規(guī)范的疲勞荷載的基礎(chǔ)上,針對(duì)我國(guó)的實(shí)際交通形式頒布了《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D64-2015),其中疲勞荷載模型共有三個(gè),而疲勞荷載模型Ⅲ主要是針對(duì)正交異性鋼橋面板疲勞驗(yàn)算設(shè)計(jì)的。本文基于實(shí)際已建成橋梁工程,通過疲勞荷載模型Ⅲ和三種國(guó)外規(guī)范中的疲勞荷載對(duì)鋼橋面板進(jìn)行疲勞驗(yàn)算和評(píng)估,進(jìn)而分析我國(guó)規(guī)范中疲勞荷載模型Ⅲ的適用性。首先本文總結(jié)了鋼橋面板和鋪裝層的典型疲勞破壞的現(xiàn)象,回顧了國(guó)內(nèi)外有關(guān)疲勞荷載的研究發(fā)展歷程。介紹了鋼橋疲勞損傷機(jī)理,主要闡述了線性累積損傷理論關(guān)于疲勞方面的研究方法,進(jìn)而確定線性累積損傷理論為本文理論基礎(chǔ)。其次以在役橋梁工程為背景,采用Midas FEA有限元軟件建立兩種鋪裝層狀況的正交異性鋼橋面板有限元模型。通過線性靜力計(jì)算結(jié)果確定鋼橋面板在橫橋向最不利加載位置,進(jìn)而將鋼橋面板按兩種鋪裝狀況分別對(duì)快、慢車道中的疲勞細(xì)節(jié)進(jìn)行疲勞驗(yàn)算。將各個(gè)規(guī)范中的疲勞荷載模型分別進(jìn)行加載,確定四種疲勞細(xì)節(jié)的應(yīng)力頻值譜,再結(jié)合實(shí)際交通調(diào)查和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)確定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)交通量,將第一主應(yīng)力幅值計(jì)算結(jié)果按線性疲勞損傷理論轉(zhuǎn)換為200萬次等效應(yīng)力幅,通過規(guī)范中的驗(yàn)算方法確定所研究的疲勞細(xì)節(jié)是否發(fā)生疲勞破壞。計(jì)算結(jié)果表明,疲勞細(xì)節(jié)4應(yīng)作為疲勞驗(yàn)算時(shí)的控制細(xì)節(jié),同時(shí)在疲勞荷載模型Ⅲ作用下疲勞細(xì)節(jié)1、2和4在完好鋪裝層狀況下已經(jīng)發(fā)生疲勞破壞,在破損鋪裝層狀況下四個(gè)疲勞細(xì)節(jié)均發(fā)生疲勞破壞;而采用英國(guó)BS5400規(guī)范驗(yàn)算時(shí)在破損鋪裝層狀況下均滿足要求。最后分析鋼橋面鋪裝層的結(jié)構(gòu)性能。采用公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中的疲勞荷載模型Ⅲ進(jìn)行縱橋向單車道加載來確定鋼橋面鋪裝層應(yīng)力和豎向變形的最不利加載位置后,在縱橋向最不利加載位置的基礎(chǔ)上進(jìn)行橫橋向雙車道加載來確定橫橋向最不利加載位置,進(jìn)而得出在鋪裝層破損狀況下縱橋向應(yīng)力最大值為0.9140.229MPa,則抗裂性能不滿足參考控制條件;界面剪切應(yīng)力最大值為0.3490.893MPa,則滿足參考控制條件;最大豎向位移為3.2294.375mm,則屬于正常豎向位移范圍。綜合上述結(jié)論,總結(jié)出新頒布的規(guī)范與其它規(guī)范疲勞荷載下驗(yàn)算正交異性鋼橋面板和鋪裝層計(jì)算結(jié)果的差異,進(jìn)而對(duì)疲勞荷載模型Ⅲ在疲勞驗(yàn)算過程中的相關(guān)系數(shù)取值有更好的認(rèn)識(shí)和對(duì)已建成且正在服役的橋梁提出加固建議。
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U443.3
【圖文】：

為 12m 和 14m；而非標(biāo)準(zhǔn)梁段為 17.5m，其中橫隔板將其等分為 5 段，橫隔板橋向間距為 3.5m。鋼箱梁內(nèi)部有兩道貫通的縱隔板，其橫橋向間距為 12m。鋼梁設(shè)計(jì)尺寸標(biāo)準(zhǔn)斷面圖和有限元模型如圖 3-1 和 3-2 所示。9200 8003753154312×8004008×120012976002×100060009200400015050375380012971200600 3250+2×3750+750 2000/22000/23250+2×3750+750 6001200750 750 13550 13550 750750防撞護(hù)欄斜拉索檢查車軌道 檢查車軌道2.0% 2.0%5.5cm環(huán)氧瀝青混凝土防撞護(hù)欄3cm橡膠墊層901020030圖 3-1 鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面布置圖

2ECSx-axis2圖 3-3（b） 板單元坐標(biāo)系圖通過查閱文獻(xiàn)和規(guī)范選擇四種具有代表性的疲勞細(xì)節(jié)進(jìn)行疲勞壽命分析[7]。本文選取進(jìn)行疲勞分析的細(xì)節(jié)共有四處：頂板沿縱向加勁肋焊縫處、縱向加勁肋對(duì)接焊縫處、縱向加勁肋與橫隔板連接焊縫處和橫隔板開孔端部，其中在選取代表四種疲勞細(xì)節(jié)的節(jié)點(diǎn)時(shí)綜合考慮節(jié)點(diǎn)應(yīng)力實(shí)際水平和圣維南原理效應(yīng)[48]。為在下文中清晰簡(jiǎn)明地表達(dá)疲勞細(xì)節(jié)位置，故將上述所研究的疲勞細(xì)節(jié)分別編號(hào)為“疲勞細(xì)節(jié)1、2、3 和 4”。本文選取關(guān)鍵部位 5×3.5m 節(jié)段鋼箱梁建模，同時(shí)考慮到計(jì)算成本和疲勞細(xì)節(jié)的應(yīng)力影響線較短，不考慮多車道效應(yīng)和另一側(cè)行車道對(duì)所研究區(qū)域的疲勞細(xì)節(jié)影響可以忽略不計(jì)，則本文只對(duì)選取節(jié)段的二分之一進(jìn)行建模[49] [50]。模型共劃分 901018 個(gè)單元和 821664 個(gè)節(jié)點(diǎn)，其整體模型和疲勞細(xì)節(jié)局部分析部位模型如圖 3-5 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2730137