【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內(nèi)外學(xué)者的重視。我國鐵路鋼橋疲勞設(shè)計方面較為完善,而公路鋼橋疲勞設(shè)計在2015年之前基本參考國外和鐵路方面的相關(guān)疲勞荷載規(guī)范。由于國內(nèi)外的實際交通狀況差異較大,故我國交通運輸部在參考英國BS5400規(guī)范、歐洲Eurocode規(guī)范、美國AASHTO規(guī)范的疲勞荷載的基礎(chǔ)上,針對我國的實際交通形式頒布了《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》(JTG D64-2015),其中疲勞荷載模型共有三個,而疲勞荷載模型Ⅲ主要是針對正交異性鋼橋面板疲勞驗算設(shè)計的。本文基于實際已建成橋梁工程,通過疲勞荷載模型Ⅲ和三種國外規(guī)范中的疲勞荷載對鋼橋面板進行疲勞驗算和評估,進而分析我國規(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。通過線性靜力計算結(jié)果確定鋼橋面板在橫橋向最不利加載位置,進而將鋼橋面板按兩種鋪裝狀況分別對快、慢車道中的疲勞細節(jié)進行疲勞驗算。將各個規(guī)范中的疲勞荷載模型分別進行加載,確定四種疲勞細節(jié)的應(yīng)力頻值譜,再結(jié)合實際交通調(diào)查和預(yù)測數(shù)據(jù)確定設(shè)計基準期內(nèi)交通量,將第一主應(yīng)力幅值計算結(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)范中的驗算方法確定所研究的疲勞細節(jié)是否發(fā)生疲勞破壞。計算結(jié)果表明,疲勞細節(jié)4應(yīng)作為疲勞驗算時的控制細節(jié),同時在疲勞荷載模型Ⅲ作用下疲勞細節(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疲勞細節(jié)均發(fā)生疲勞破壞;而采用英國BS5400規(guī)范驗算時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)計規(guī)范中的疲勞荷載模型Ⅲ進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)上進行橫橋向雙車道加載來確定橫橋向最不利加載位置,進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)范疲勞荷載下驗算正交異性鋼橋面板和鋪裝層計算結(jié)果的差異,進而對疲勞荷載模型Ⅲ在疲勞驗算過程中的相關(guān)系數(shù)取值有更好的認識和對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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U443.3
【圖文】：

為 12m 和 14m；而非標準梁段為 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)計尺寸標準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欄3cm橡膠墊層901020030圖 3-1 鋼箱梁標準斷面布置圖

2ECSx-axis2圖 3-3（b） 板單元坐標系圖通過查閱文獻和規(guī)范選擇四種具有代表性的疲勞細節(jié)進行疲勞壽命分析[7]。本文選取進行疲勞分析的細節(jié)共有四處：頂板沿縱向加勁肋焊縫處、縱向加勁肋對接焊縫處、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節(jié)的節(jié)點時綜合考慮節(jié)點應(yīng)力實際水平和圣維南原理效應(yīng)[48]。為在下文中清晰簡明地表達疲勞細節(jié)位置，故將上述所研究的疲勞細節(jié)分別編號為“疲勞細節(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，同時考慮到計算成本和疲勞細節(jié)的應(yīng)力影響線較短，不考慮多車道效應(yīng)和另一側(cè)行車道對所研究區(qū)域的疲勞細節(jié)影響可以忽略不計，則本文只對選取節(jié)段的二分之一進行建模[49] [50]。模型共劃分 901018 個單元和 821664 個節(jié)點，其整體模型和疲勞細節(jié)局部分析部位模型如圖 3-5 所示。

【參考文獻】

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本文編號：2730137