本文關(guān)鍵詞：大跨度懸索橋主纜疲勞壽命研究

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【摘要】：懸索橋、斜拉橋等索結(jié)構(gòu)橋梁已經(jīng)成為當(dāng)今大跨度橋梁的首選橋型,給我們?nèi)祟?lèi)日常生活以及交通運(yùn)輸提供巨大的便利。而在索結(jié)構(gòu)橋梁當(dāng)中,纜索系統(tǒng)是整個(gè)索結(jié)構(gòu)橋梁中的主要承重構(gòu)件,其安全性、耐久性對(duì)于橋梁正常運(yùn)營(yíng)起到了至關(guān)重要的作用。因此,針對(duì)索結(jié)構(gòu)橋梁纜索體系的安全性能,尤其是全壽命周期下的疲勞性能研究是十分必要的。本文主要的研究對(duì)象是大跨度懸索橋中主纜的疲勞性能和疲勞壽命的理論評(píng)估,具體的研究?jī)?nèi)容可以概括為如下幾個(gè)方面：首先,橋梁結(jié)構(gòu)在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中所承受的車(chē)輛荷載是復(fù)雜、隨機(jī)的,其造成應(yīng)力的脈動(dòng)也是復(fù)雜多變的,而實(shí)驗(yàn)室所能提供的加載方式是較為單一的。為了能夠接近真實(shí)情況并有效地完成結(jié)構(gòu)疲勞壽命的分析,就需要把橋梁結(jié)構(gòu)所承受的真實(shí)荷載合理地簡(jiǎn)化為較為簡(jiǎn)單的荷載形式。根據(jù)實(shí)際交通量,得出車(chē)輛通過(guò)該橋的頻率。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外規(guī)范及依托工程地域特點(diǎn),選取了三種合理、簡(jiǎn)便的疲勞車(chē)輛荷載(M1、M2、M3)。其次,利用有限元計(jì)算程序,分析瀾滄江大橋主纜的初始線形,更真實(shí)的模擬橋梁主纜的初始狀態(tài)。結(jié)合有限元程序分析結(jié)果,并結(jié)合當(dāng)?shù)亟煌ㄇ闆r,歸納出不同工況的疲勞荷載,計(jì)算出“最大應(yīng)力幅”找出“最易疲勞位置”。這些結(jié)果將為接下來(lái)的疲勞性能以及疲勞壽命評(píng)估提供原始數(shù)據(jù)。然后,對(duì)主纜截面作連續(xù)介質(zhì)假設(shè)。根據(jù)有限元全橋模型的分析結(jié)果,利用名義應(yīng)力法和局部應(yīng)力應(yīng)變法,分別得出該橋主纜的總壽命和疲勞裂紋萌生壽命,(以索塔區(qū)域主纜為例,M3作用下總壽命2481590次(73.73年),疲勞裂紋萌生壽命202743次),提出相關(guān)理論計(jì)算模擬分析時(shí)各影響參數(shù)的取值建議。最后,最后研究主纜的疲勞裂紋擴(kuò)展速率,計(jì)算出疲勞裂紋擴(kuò)展壽命。結(jié)合總壽命和疲勞裂紋萌生壽命的計(jì)算結(jié)果,總結(jié)出適用于該橋主纜的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命計(jì)算公式,確定重要參數(shù)推薦值m=3,C=1.592×10-13,為日后大橋的疲勞性能與壽命驗(yàn)算提供定合理有效的計(jì)算數(shù)據(jù)支撐。
【關(guān)鍵詞】：懸索橋 主纜 應(yīng)力幅 疲勞裂紋萌生壽命 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：U441.4;U448.25
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-18
• 1.1 疲勞研究的發(fā)展歷程12-13
• 1.2 索結(jié)構(gòu)橋梁疲勞國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文工程背景及研究?jī)?nèi)容14-18
• 1.3.1 工程概況14-16
• 1.3.2 研究?jī)?nèi)容16-18
• 第二章 橋梁結(jié)構(gòu)疲勞分析方法18-39
• 2.1 疲勞累積損傷理論18-21
• 2.2 疲勞壽命的估算方法21-23
• 2.2.1 名義應(yīng)力法21-22
• 2.2.2 局部應(yīng)力應(yīng)變法22-23
• 2.3 懸索橋結(jié)構(gòu)靜力分析理論簡(jiǎn)介23-28
• 2.3.1 彈性理論24-26
• 2.3.2 撓度理論26-27
• 2.3.3 有限位移理論27-28
• 2.4 懸索橋主纜的連續(xù)介質(zhì)假設(shè)28-31
• 2.4.1 主纜的防腐涂裝層29-31
• 2.4.2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的基本內(nèi)容與可行性分析31
• 2.5 索結(jié)構(gòu)橋梁纜索系統(tǒng)疲勞裂紋形成和發(fā)展研究概況31-38
• 2.6 本章小結(jié)38-39
• 第三章 主纜受力分析與疲勞應(yīng)力幅計(jì)算39-55
• 3.1 主纜線形計(jì)算39-45
• 3.1.1 節(jié)線法39-41
• 3.1.2 確定主纜線形41-45
• 3.2 主纜各關(guān)鍵位置應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算45-50
• 3.2.1 全橋模型主纜結(jié)構(gòu)模擬45-46
• 3.2.2 疲勞荷載車(chē)輛的選取46-47
• 3.2.3 懸索橋主纜應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算結(jié)果47-50
• 3.3 主纜疲勞應(yīng)力幅計(jì)算50-54
• 3.3.1 主纜的疲勞應(yīng)力幅50
• 3.3.2 車(chē)橋系統(tǒng)動(dòng)力方程組50-52
• 3.3.3 疲勞應(yīng)力幅分析結(jié)果52-54
• 3.4 本章小結(jié)54-55
• 第四章 主纜疲勞壽命經(jīng)典理論估算55-68
• 4.1 引言55
• 4.2 主纜疲勞性能參數(shù)估計(jì)55-59
• 4.2.1 Manson-Coffin公式56
• 4.2.2 主纜疲勞性能參數(shù)估計(jì)方法56-58
• 4.2.3 利用Seeger算法估算主纜疲勞性能參數(shù)58-59
• 4.3 名義應(yīng)力法估算主纜疲勞壽命59-65
• 4.3.1 計(jì)算主纜的等效應(yīng)力幅59
• 4.3.2 考慮尺寸對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響59-60
• 4.3.3 應(yīng)力集中影響系數(shù)60-62
• 4.3.4 表面加工系數(shù)62-63
• 4.3.5 計(jì)算應(yīng)力幅的確定63
• 4.3.6 疲勞壽命計(jì)算63-65
• 4.4 局部應(yīng)力應(yīng)變法估算主纜疲勞裂紋萌生壽命65-68
• 4.4.1 局部應(yīng)力應(yīng)變法簡(jiǎn)介65
• 4.4.2 局部應(yīng)力應(yīng)變法估算主纜疲勞裂紋萌生壽命65-68
• 第五章 主纜疲勞裂紋擴(kuò)展探究68-81
• 5.1 引言68
• 5.2 疲勞裂紋發(fā)展速率68-74
• 5.2.1 疲勞裂紋擴(kuò)展速率與應(yīng)力因子幅值68-69
• 5.2.2 應(yīng)力比對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響69-72
• 5.2.3 疲勞裂紋擴(kuò)展速率模型72-74
• 5.3 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命估算理論74-77
• 5.3.1 基于Paris公式的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命估算74-75
• 5.3.2 基于Walker公式的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命估算75-76
• 5.3.3 基于Foman公式的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命估算76-77
• 5.4 鍍鋅高強(qiáng)鋼絲主纜疲勞裂紋擴(kuò)展速率參數(shù)研究77-80
• 5.4.1 疲勞裂紋形成和擴(kuò)展的分界點(diǎn)77-78
• 5.4.2 懸索橋主纜應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算78-79
• 5.4.3 懸索橋主纜疲勞裂紋擴(kuò)展速率的Paris公式參數(shù)計(jì)算79-80
• 5.5 本章小結(jié)80-81
• 第六章 結(jié)論及展望81-83
• 6.1 本文工作的總結(jié)81-82
• 6.2 有待進(jìn)一步研究的工作82-83
• 參考文獻(xiàn)83-89
• 致謝89-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參與的科研項(xiàng)目90

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