發(fā)布時間：2020-08-02 17:15

【摘要】：由于鋼橋具有自重輕、跨越能力大、施工快捷等諸多優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于大跨度公路與鐵路橋梁中。目前,鋼橋在服役過程中車輛超載現(xiàn)象日益嚴(yán)重,加上管理維護(hù)措施不到位,疲勞問題日趨突出。在鋼橋設(shè)計與建造中存在一些局部幾何構(gòu)造、應(yīng)力場復(fù)雜的焊接細(xì)節(jié),針對這些焊接細(xì)節(jié)的疲勞性能需進(jìn)行深入研究。因此本文以鋼桁橋主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)為研究對象,開展主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞性能試驗及疲勞壽命評估方法研究。主要研究內(nèi)容、方法和研究成果如下:(1)收集并闡述了鋼橋疲勞壽命評估方法的研究現(xiàn)狀,介紹了疲勞設(shè)計準(zhǔn)則和抗疲勞設(shè)計方法,歸納總結(jié)了疲勞性能的影響因素。(第1章)(2)設(shè)計并開展了15個主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)疲勞試件的疲勞性能試驗,測試了各主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)疲勞試件的加載應(yīng)變和疲勞壽命,分析了疲勞破壞過程及疲勞損傷發(fā)展歷程,基于疲勞試驗結(jié)果擬合了主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)中帶過焊孔的焊接細(xì)節(jié)和過焊孔處填半圓弧板的焊接細(xì)節(jié)的S-N曲線。(第2章)(3)采用ANSYS有限元軟件建立了主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)的三維有限元模型,對比分析了主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)的靜力加載應(yīng)變測試結(jié)果與有限元計算結(jié)果,研究結(jié)果表明:測試結(jié)果與有限元計算結(jié)果較為吻合。介紹了焊接細(xì)節(jié)局部應(yīng)力集中系數(shù)的影響因素,結(jié)合主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)的幾何構(gòu)造參數(shù)和焊接參數(shù),探討了板件厚度、填板厚度、對接焊縫參數(shù)、板件間隙寬度、焊縫熔深參數(shù)和初始幾何缺陷對主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)的翼緣板、腹板和焊縫應(yīng)力集中系數(shù)的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:對主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)中帶過焊孔的焊接細(xì)節(jié)局部應(yīng)力集中系數(shù)影響顯著的因素主要有板件厚度、過焊孔半徑,對主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)中過焊孔處填半圓弧板的焊接細(xì)節(jié)局部應(yīng)力集中系數(shù)影響顯著的因素主要有填板厚度、焊腳尺寸、板件厚度、過焊孔半徑、板件間隙參數(shù),對主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)中焊縫錯開的焊接細(xì)節(jié)局部應(yīng)力集中系數(shù)影響顯著的因素主要有初始幾何缺陷、對接焊縫余高、板件間隙參數(shù)。(第3章)(4)介紹了熱點(diǎn)應(yīng)力法的基本原理,歸納總結(jié)了表面外推法、厚度線性化法、Dong法、1 mm法和等效熱點(diǎn)應(yīng)力法等熱點(diǎn)應(yīng)力計算方法,采用ANSYS所建立的主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)三維有限元模型討論了單元類型和焊接細(xì)節(jié)局部構(gòu)造處理方式等熱點(diǎn)應(yīng)力影響因素,應(yīng)用表面外推法、Dong法、1 mm法計算了主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)的熱點(diǎn)應(yīng)力,進(jìn)行了主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞壽命預(yù)測,并對各方法的預(yù)測結(jié)果作了對比分析。研究結(jié)果表明:單元類型和焊接細(xì)節(jié)局部構(gòu)造處理方式對熱點(diǎn)應(yīng)力外推計算結(jié)果具有顯著的影響,推薦采用兩點(diǎn)外推法和SOLID45單元進(jìn)行主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)的熱點(diǎn)應(yīng)力外推計算,并應(yīng)將熱點(diǎn)應(yīng)力外推點(diǎn)選擇在0.5t范圍之外。采用熱點(diǎn)應(yīng)力法進(jìn)行主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞壽命預(yù)測評估時宜優(yōu)先選用表面外推法,其次可選擇厚度線性化法和Dong法。(第4章)(5)闡述了線彈性斷裂力學(xué)的基本理論,介紹了裂紋尖端附近的應(yīng)力場和位移場,采用ANSYS建立了主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)的三維斷裂力學(xué)有限元模型,應(yīng)用位移法計算了主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子,討論了主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)的幾何參數(shù)和裂紋參數(shù)對其應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響規(guī)律,擬合了不同裂紋形狀比下主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)的裂紋形狀修正系數(shù)函數(shù),并結(jié)合Paris公式預(yù)測了主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)中帶過焊孔的焊接細(xì)節(jié)的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命。研究結(jié)果表明:裂紋形狀比和半裂紋長度對主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)的應(yīng)力強(qiáng)度因子影響顯著,主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)的幾何參數(shù)對其應(yīng)力強(qiáng)度因子也有一定程度的影響,其應(yīng)力強(qiáng)度因子K_I最大值均在裂紋最深點(diǎn)處取得。(第5章)(6)介紹了三種疲勞可靠度分析模型,闡述了主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)疲勞可靠性分析中隨機(jī)變量的分布類型及參數(shù)取值,基于線彈性斷裂力學(xué)的計算分析結(jié)果及裂紋形狀修正系數(shù)函數(shù)建立了主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞極限狀態(tài)方程,采用JC法計算了主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞可靠指標(biāo),討論了隨機(jī)變量的參數(shù)取值對其疲勞可靠指標(biāo)的影響,結(jié)合所指定的目標(biāo)可靠指標(biāo)給出了主梁新構(gòu)造細(xì)節(jié)中帶過焊孔的焊接細(xì)節(jié)的檢測周期。研究結(jié)果表明:帶過焊孔的焊接細(xì)節(jié)的疲勞可靠指標(biāo)對疲勞擴(kuò)展參數(shù)C均值、C變異系數(shù)和初始裂紋尺寸均值、裂紋形狀比較為敏感,而不受初始裂紋尺寸變異系數(shù)的影響,該焊接細(xì)節(jié)的檢測維修周期為疲勞荷載累積循環(huán)加載198.3萬次所對應(yīng)的服役時間。(第6章)
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U441.4
【圖文】：

美國PointPleasant橋破壞前后

韓國圣水大橋破壞前后

我國宜賓金沙江大橋破壞前后

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2778823