循环荷载作用下高桩码头构件疲劳损伤分析方法研究

论文摘要

疲劳是指材料在循环荷载作用下所发生的性能劣化,它是材料、构件和结构主要的破坏形式之一。在港口工程领域,高桩码头是一种常见的码头结构形式。目前,关于高桩码头结构耐久性破坏,科研工作者已经做了大量工作。近些年,随着高强混凝土和高强钢筋材料的不断发展和应用,结构自重减轻;随着港口规模的不断扩大,码头结构所受循环动荷载的比例相对增大。这些都使得高桩码头构件的疲劳日益成为不可忽视的问题。在循环动荷载作用下,高桩码头结构构件处于受弯状态。钢筋混凝土受弯构件是钢筋和混凝土复合受力构件,受力情况比钢筋和混凝土单个材料复杂。对于受弯构件的疲劳寿命评估,本文主要从两方面进行研究。一方面对于构件的受压区,从混凝土的疲劳损伤角度进行研究;另一方面对于构件的受拉区,从钢筋与混凝土粘结疲劳破坏角度进行研究。本文主要工作内容包括:1、对于受压区混凝土疲劳损伤,主要研究了如何从混凝土构件疲劳破坏准则角度进行构件的疲劳寿命评估,具体内容包括:a、在归纳、总结单轴受压疲劳的S-N曲线形式的基础上,收集相关实验数据,建立考虑单轴全部疲劳应力范围的双线性统一S-N曲线。b、以混凝土构件疲劳变形呈非常稳定的三阶段规律发展,及构件疲劳破坏的极限应变是材料常数这一结论为基础,研究应变空间疲劳破坏准则。c、研究Miner线性累积损伤准则对混凝土构件变幅疲劳的适用性。采用名义应力比和实际应力比的概念,建立混凝土构件非线性的疲劳损伤方程和变幅疲劳的破坏准则。2、对于受拉区混凝土构件的疲劳破坏,钢筋与混凝土发生界面脱粘是主要的破坏形式之一。本文采用了剪切筒模型进行了数值模拟研究,并尝试将该模型应用到实际工程中。3、结合具体工程实例,利用有限元软件ANSYS对高桩码头门机梁进行动力分析。根据动力分析结果,结合相关疲劳损伤理论,进行高桩码头门机梁的疲劳寿命计算。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 本课题研究现状及发展趋势
• 1.2.1 混凝土疲劳损伤研究现状
• 1.2.2 钢筋与混凝土界面疲劳损伤研究现状
• 1.3 本论文的主要工作
• 第二章 疲劳基本理论研究
• 2.1 常用术语的概念解释和符号表示
• 2.2 疲劳设计方法
• 2.2.1 无限寿命设计
• 2.2.2 安全寿命设计（有限寿命设计）
• 2.2.3 破损-安全设计
• 2.2.4 损伤容限设计
• 2.2.5 耐久性设计
• 2.3 影响疲劳强度的主要因素
• 2.3.1 应力集中影响
• 2.3.2 尺寸影响
• 2.3.3 表面状况的影响
• 第三章 混凝土构件疲劳损伤方法研究
• 3.1 混凝土构件应力空间疲劳破坏
• 3.1.1 应力寿命曲线
• 3.1.2 S-N曲线的主要形式
• 3.1.3 混凝土的双线性统一S-N曲线
• 3.1.4 S-N缺陷分析
• 3.2 混凝土构件应变空间疲劳破坏
• 3.2.1 混凝土疲劳变形三阶段规律的普遍性
• 3.2.2 混凝土疲劳变形三阶段规律的数学模型
• 3.2.3 混凝土疲劳变形极限值的探讨
• 3.2.4 混凝土应变空间疲劳破坏
• 3.3 混凝土构件变幅疲劳破坏研究
• 3.3.1 Miner线性累积损伤准则及其适用性
• 3.3.2 混凝土非线性疲劳损伤
• 第四章 钢筋与混凝土界面疲劳损伤模型
• 4.1 钢筋与混凝土界面脱粘过程分析
• 4.1.1 模型的建立
• 4.1.2 基本方程
• 4.1.3 应力分量的求解
• 4.1.4 界面脱粘准则—最大能量释放率准则
• 4.1.5 界面疲劳裂纹扩展的描述
• 4.2 钢筋与混凝土界面疲劳脱粘的数值计算与结果讨论
• 4.2.1 模拟计算基础数据
• 4.2.2 数值计算结果与分析
• 第五章 高桩码头构件疲劳损伤分析方法
• 5.1 高桩码头构件受压区疲劳损伤分析方法
• 5.1.1 试验法
• 5.1.2 试验分析法
• 5.1.3 全寿命分析法
• 5.1.4 基于有限元的疲劳分析法
• 5.2 高桩码头构件受拉区疲劳损伤分析方法
• 第六章 基于ANSYS的高桩码头纵梁动力及疲劳分析
• 6.1 有限元理论
• 6.1.1 结构分析概述
• 6.1.2 静力学分析
• 6.1.3 瞬态动力学分析
• 6.2 工程概况
• 6.2.1 流动机械荷载
• 6.2.2 纵梁计算参数
• 6.3 纵梁静力和动力计算
• 6.3.1 单元类型选则
• 6.3.2 建立模型
• 6.3.3 静力计算
• 6.3.4 动力计算
• 6.4 纵梁疲劳计算
• 6.4.1 纵梁受压区疲劳计算
• 6.4.2 纵梁受拉区的疲劳计算
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文主要结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢