铁路桥梁正交异性板U肋与横梁腹板连接处疲劳性能研究

论文摘要

随着我国高速铁路建设的快速发展,正交异性整体钢桥面板因其优越的结构形式而在铁路桥梁建设中得到越来越多的应用。但正交异性钢桥面板受力复杂,构造形式不断发展、改进,加上应力集中和焊接缺陷,易发生疲劳破坏,正交异性板的疲劳问题一直是铁路钢桥中的关键和热点问题。本文在广泛收集、研究国内外相关资料的基础上,对铁路桥梁正交异性板U肋与横梁腹板连接处的疲劳性能进行了试验研究。主要取得如下成果：1、参照安庆长江大桥正交异性钢桥面构造形式,设计制作了U肋与横梁腹板连接处4个1：1的整体模型试件；建立试件的空间有限元模型,完成了精细有限元分析。2、完成了试件的疲劳试验,对试验结果进行了分析研究。结果表明：正交异性板U肋与横梁腹板连接处有较好的抗疲劳性能；不同荷载循环次数后每次静载测试的挠度值与荷载值呈线性关系；实测应力与有限元的线弹性计算值吻合良好,裂纹出现的顺序和位置均与有限元分析结果相符；正交异性整体钢桥面横梁腹板主要发生面内弯曲,面外弯曲很小。3、分析研究了影响正交异性板疲劳性能的因素。得出结论：疲劳荷载幅对U肋与横梁腹板连接处疲劳性能的影响很大；U肋上方与横梁腹板连接处开孔可改善该处应力集中,但对试件的疲劳性能没有影响；U肋下方与横梁腹板连接处腹板开孔形式对其疲劳性能影响不大；加载方式对U肋与横梁腹板连接处的受力状态及疲劳性能影响很大,应该尽量避免钢轨位于U肋的正上方。4、对正交异性整体钢桥面板U肋与横梁腹板连接处的疲劳性能进行了评估。得出结论：U肋下方横梁腹板孔边的疲劳强度曲线为lgN+3.22lg△σ=13.333,200万次疲劳寿命的容许应力幅为155MPa,该处应归为Ⅰ类疲劳类型；U肋与横梁腹板焊接处的疲劳强度曲线为lgN+2.82lg△σ=11.9624,200万次疲劳寿命的容许应力幅101.8MPa,该处应归为Ⅶ类疲劳类型。本文的研究成果可为铁路桥梁正交异性板的疲劳设计和疲劳性能研究提供依据和参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 铁路钢桥工程背景
• 1.2 正交异性板的疲劳问题
• 1.3 正交异性板疲劳性能的研究现状
• 1.3.1 国外正交异性板疲劳性能的研究现状
• 1.3.2 国内正交异性板疲劳性能的研究现状
• 1.4 试验研究的目的和意义
• 第二章 正交异性板U肋与横梁腹板连接处疲劳性能试验研究
• 2.1 模型设计和试验方法
• 2.1.1 模型设计
• 2.1.2 模型制作
• 2.1.3 试验装置
• 2.1.4 应变测点布置
• 2.1.5 试验方法
• 2.1.6 试验内容
• 2.2 试验模型的空间有限元分析
• 2.2.1 有限元模型的建立
• 2.2.2 试件A-1计算结果及分析
• 2.2.3 试件A-2计算结果及分析
• 2.2.4 试件A-3计算结果及分析
• 2.2.5 试件B计算结果及分析
• 2.2.6 试件有限元分析总结
• 2.3 疲劳试验结果及分析
• 2.3.1 试验结果概括
• 2.3.2 试件A-1试验结果及分析
• 2.3.3 试件A-2试验结果及分析
• 2.3.4 试件A-3试验结果及分析
• 2.3.5 试件B试验结果及分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 正交异性板U肋与横梁腹板连接处疲劳性能影响因素分析
• 3.1 疲劳荷载幅大小对疲劳性能的影响
• 3.2 U肋上方与横梁腹板连接处腹板是否开孔对疲劳性能的影响
• 3.3 U肋下方与横梁腹板连接处腹板的开孔形式对疲劳性能的影响
• 3.4 加载方式对疲劳性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 正交异性板U肋与横梁腹板连接处疲劳性能评估
• 4.1 疲劳寿命评估主要方法
• 4.1.1 基于S-N曲线的传统分析方法
• 4.1.2 基于断裂力学的损伤容限方法
• 4.1.3 基于损伤力学的分析方法
• 4.2 本文采用的疲劳性能评估方法
• 4.3 疲劳性能评估
• 4.3.1 U肋下方横梁腹板孔边的疲劳性能
• 4.3.2 U肋与横梁腹板焊接处的疲劳性能
• 4.3.3 U肋与顶板焊接处的疲劳性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的主要科研情况