隨著鋼箱梁橋的推廣使用以及服役時(shí)間的增加,橫隔板弧形切口的疲勞開裂問題出現(xiàn)頻繁,得到了橋梁工程領(lǐng)域的關(guān)注。該部位受力情況復(fù)雜,影響其疲勞開裂的因素較多,受車輛輪載作用的同時(shí),極有可能存在較大的焊接殘余應(yīng)力,這給疲勞開裂研究帶來諸多困難。為科學(xué)地認(rèn)識(shí)其疲勞開裂機(jī)理,本文以鋼橋面橫隔板為研究對(duì)象,建立了車輛荷載作用下的鋼箱梁橋有限元模型,分析了72種工況組合作用下的弧形切口應(yīng)力響應(yīng)特征。建立了U肋與橫隔板焊接連接的熱彈塑性有限元模型,明確了其焊接溫度場和應(yīng)力場。開展了橫隔板應(yīng)力測試試驗(yàn)研究,分析了弧形切口邊緣殘余應(yīng)力分布規(guī)律。并在此基礎(chǔ)上,建立了橫隔板焊接殘余應(yīng)力與輪載應(yīng)力疊加簡化模型,提出了基于應(yīng)變能的鋼橋面橫隔板疲勞評(píng)估方法。研究內(nèi)容和結(jié)論具體如下:（1）介紹了正交異性鋼橋面的應(yīng)用概況及疲勞開裂的破壞形式,特別是橫隔板弧形切口開裂現(xiàn)象尤為突出,影響橋梁的安全運(yùn)營。從鋼橋面疲勞、弧形切口疲勞、焊接殘余應(yīng)力三個(gè)方面對(duì)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)歸納。引出當(dāng)前橫隔板弧形切口受力情況不清晰、疲勞開裂機(jī)理不明確的問題。（2）為明確橫隔板車輛輪載應(yīng)力受力情況,通過ABAQUS軟件建立了移動(dòng)車輛荷載作用... 

【文章來源】：北京建筑大學(xué)北京市

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

早期正交

第1章緒論2隨后，日本也先后建立了大島大橋和多多羅大橋等鋼箱梁橋梁，鋼桁架橋梁得到了進(jìn)一步發(fā)展。20世紀(jì)70年代，我國建設(shè)了潼關(guān)黃河鐵路大橋，這是我國第一個(gè)使用正交異性鋼橋面板的橋梁。進(jìn)入21世紀(jì)，我國鋼橋建設(shè)技術(shù)進(jìn)一步成熟，建設(shè)了南京長江大橋、潤揚(yáng)大橋等超長跨度的鋼橋梁橋。但是，許多橋梁在服役期間產(chǎn)生了疲勞開裂現(xiàn)象。各國部分使用正交異性鋼橋面板出現(xiàn)疲勞問題的橋梁如表1-1所示[8]。表1-1各國部分疲勞開裂的橋梁橋梁名稱國家建成年份疲勞裂紋出現(xiàn)位置Severn橋英國1966頂板與U肋連接角焊縫Caland橋荷蘭1969頂板與U肋焊縫處Maihama橋日本1978橋面板VanBrienenoord荷蘭1990頂板-U肋-橫隔板連接處虎門大橋中國1997頂板與U肋焊接焊根處長江大橋中國1999人行道板與腹板連接處正交異性鋼橋面板構(gòu)造細(xì)節(jié)和力學(xué)特性都十分復(fù)雜，開裂部位主要集中在焊縫密集區(qū)域[9]，具體位置如圖1-2所示。①頂板與U肋連接焊縫處開裂；②縱肋接頭焊縫處開裂；③頂板與橫隔板連接焊縫處開裂；④Ｕ肋與橫隔板連接焊縫處開裂；⑤靠近Ｕ肋焊縫下端的橫隔板弧形切口起弧點(diǎn)附近母材開裂。頂板U肋橫隔板④②③①⑤圖1-2鋼箱梁橋面板疲勞開裂位置可以看出，正交異性鋼橋面板各開裂部位均出現(xiàn)在焊縫附近，這與焊接過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力密切相關(guān)。特別是近年來，正交異性鋼橋面橫隔板與U肋焊接區(qū)域疲勞開裂現(xiàn)象層出不窮，如某懸索橋鋼橋面在實(shí)橋檢測中，發(fā)現(xiàn)橫隔板與U肋連接處出現(xiàn)了大量疲勞裂紋，其中，橫隔板弧形切口處母材開裂達(dá)121處[1]。圖1-3為某懸索橋某懸索橋橫隔板弧形切口發(fā)現(xiàn)的疲勞裂紋。鋼橋面橫隔板開裂的維修需中斷交通，造成較為嚴(yán)重的

第1章緒論3直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失。圖1-3橫隔板弧形切口疲勞裂紋考慮焊接殘余應(yīng)力的同時(shí)，對(duì)車輛輪載作用下的鋼橋面橫隔板進(jìn)行疲勞評(píng)估，是保證該類橋面超長期運(yùn)營安全的前提。探究鋼箱梁橋橫隔板的應(yīng)力分布規(guī)律，明確其疲勞開裂機(jī)理具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，這也為未來鋼箱梁橋疲勞壽命周期設(shè)計(jì)提供依據(jù)，為正在服役的橋梁進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)提供參考。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1鋼橋面板疲勞研究現(xiàn)狀自從1971年英國Severn橋出現(xiàn)開裂現(xiàn)象以來，針對(duì)正交異性剛橋面板結(jié)構(gòu)疲勞問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量探索。Wohler通過對(duì)大量疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出了疲勞壽命與應(yīng)力范圍有重要關(guān)系，Spangenberg用曲線將他的數(shù)據(jù)進(jìn)行了表示，形成了著名的S-N曲線。Miner[11]進(jìn)行了大量試驗(yàn)，建立了著名的Palmgren-Miner線性累積損傷理論，為鋼橋疲勞評(píng)估及壽命預(yù)測打下了堅(jiān)實(shí)基矗Wolchuk[12]初步提出設(shè)計(jì)正交異性鋼橋面板結(jié)構(gòu)的焊接疲勞細(xì)節(jié)，并引入了設(shè)計(jì)過程中需要考慮橋面板所受應(yīng)力流的概念，對(duì)鋼橋疲勞評(píng)估具有重要意義。鋼橋疲勞與應(yīng)力息息相關(guān)，并逐漸開始引入構(gòu)件截面平均應(yīng)力來對(duì)鋼橋壽命進(jìn)行評(píng)估，即如今廣泛應(yīng)用于BS5400[13]、AASHTO[14]、EUROCODE3[15]及中國公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁規(guī)范[16]中的名義應(yīng)力法。國內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用名義應(yīng)力法對(duì)鋼橋疲勞開展了一系列研究。Klostein[17]對(duì)不同應(yīng)力比、不同焊接形式的面板與縱肋連接部位的疲勞壽命采用名義應(yīng)力法進(jìn)行了評(píng)估，得到了不同疲勞強(qiáng)度等級(jí)并與規(guī)范EUROCODE3中相對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行了比較。唐亮[18]等通過開展正交異性鋼橋面板足尺模型疲勞試驗(yàn),其中U肋對(duì)接接頭、頂板疲勞強(qiáng)度等級(jí)均參考?xì)W洲規(guī)范EUROCEDE3中的71類細(xì)節(jié)，根據(jù)名義應(yīng)力法計(jì)算得到的幾類疲勞細(xì)節(jié)的疲勞抗力。呂彭民[19]等通過對(duì)鋼


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