大型铁路焊接钢桥疲劳断裂性能与安全设计

论文题目: 大型铁路焊接钢桥疲劳断裂性能与安全设计

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料科学与工程

作者: 张玉玲

导师: 潘际銮,潘际炎

关键词: 铁路钢桥,防断设计,疲劳试验,试验,标准

文献来源: 清华大学

发表年度: 2005

论文摘要: 论文第一部分根据芜湖长江大桥和青藏铁路结合梁设计需要,进行钢结构疲劳和断裂性能试验研究。⑴通过大尺寸试样疲劳试验模拟44mm 钢板对接、整体节点、精密焰切工艺等12 种焊接构造细节,得到疲劳裂纹敏感部位和试验方程,所得疲劳抗力更新了规范,结论对芜湖长江大桥安全设计起到指导作用,研究成果纳入铁路桥梁钢结构设计规范TB 10002.2-99;⑵进行24mm 板厚的14MnNbq 钢及其焊接在-50℃的疲劳裂纹扩展速率试验及其它低温试验。得出疲劳裂纹中速扩展区Paris 公式材料常数C 值比常温低、指数m 值比常温大,疲劳裂纹门槛值?K th提高,-50℃时材料的疲劳S-N 曲线在常温的上侧、斜率略缓的结论。确定了在青藏地区使用焊接钢混结合梁的方案。⑶进行常用桥梁钢14MnNbq 和16Mnq 钢各种板厚的母材、焊缝、熔合线的直三点弯曲试样CTOD系列温度试验,得到反映随温度变化规律的CTOD 临界值δc计算公式。提出处理复杂试验数据的“个性化因素剔除”方法。筹建了进行上述试验的专用设备,为今后进行相关课题研究打下基础;⑷进行与CTOD 试验对应试样的夏比V 型缺口系列温度冲击试验,得到冲击韧性通用计算公式。以上成果为制订铁路钢桥疲劳设计和防断标准提供了丰富可靠的试验数据。论文第二部分进行桥梁规范防断标准的制订研究。主要成果为:⑴提出设计应力和材料冲击韧性是制订规范防断标准的两个控制内容;⑵在控制设计应力方面,将设计应力并考虑相关因素作为断裂驱动力,断裂抗力取试验CTOD临界值方程,应用COD 设计曲线,形成断裂应力检算公式,得出构件防断应力控制值,以及不同板厚允许的使用温度;⑶建立了CTOD 临界值对应吸收功与冲击功之间的联系。确定以CTOD 韧-脆临界状态为基准,制订规范最低冲击功标准。根据临界CTOD 试验曲线与冲击韧性曲线的温度移位,确定规范冲击韧性试验温度。⑷研究提出青藏铁路地区钢梁疲劳设计规定。以上研究注重解决工程问题,全部结论基于试验,并应用弹塑性断裂力学进行理论推导,严谨可靠,可推荐纳入桥梁设计规范防断标准。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

目录

第一章 绪论

1.1 大型铁路焊接钢桥发展概况

1.2 研究背景和意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 疲劳设计

1.3.2 低温疲劳与脆断

1.3.3 防断设计

1.3.4 研究现状综述

1.4 本文研究内容

第二章 大型铁路焊接钢桥构造细节疲劳抗力的研究

2.1 铁路钢桥简介

2.2 焊接构造细节的选定

2.3 疲劳模拟试件

2.3.1 细节试件模拟设计

2.3.2 试件加工

2.3.3 理论分析

2.4 疲劳试验

2.4.1 试验概况

2.4.2 试验结果描述

2.4.3 疲劳曲线方程及分析

2.5 小结

第三章 焊接构造低温地区疲劳断裂研究

3.1 前言

3.2 试验准备

3.2.1 试件的准备

3.2.2 试验设备

3.3 疲劳裂纹扩展速率试验

3.3.1 基本理论

3.3.2 试验基本情况

3.3.3 试验结果

3.3.4 常温和-50℃下疲劳裂纹门槛值分析测定

3.3.5 加载均值和幅值的影响

3.4 其它低温对比试验

3.4.1 疲劳S-N 曲线方程

3.4.2 平均应力的影响

3.4.3 温度变化对疲劳循环次数的影响

3.4.4 拉伸试验

3.5 低温疲劳寿命影响分析

3.6 小结

第四章 铁路桥梁钢断裂韧性试验研究

4.1 前言

4.2 CTOD 试验

4.2.1 基本理论

4.2.2 试验准备

4.2.3 试验结果与分析

4.3 冲击韧性试验

4.3.1 试验准备

4.3.2 试验结果及回归分析

4.3.3 铁路桥梁钢冲击韧性性能

4.3.4 理论分析

4.4 小结

第五章 铁路钢桥防断韧性研究

5.1 前言

5.2 防断控制应力分析

5.2.1 弹塑性断裂力学理论

5.2.2 断裂驱动力与断裂抗力

5.2.3 防脆断控制应力

5.3 冲击韧性标准制订研究

5.3.1 理论分析

5.3.2 吸收功分析结果

5.3.3 加载速率影响分析

5.3.4 铁路钢桥防断冲击韧性

5.3.5 与各国规范的比较

5.4 青藏铁路钢梁疲劳设计规定研究

5.4.1 低温疲劳寿命影响估算

5.4.2 焊接残余应力影响分析

5.4.3 断裂性能影响分析

5.4.4 青藏铁路钢梁疲劳设计规定

5.5 铁路钢桥防断设计规定建议

5.5.1 应力控制

5.5.2 冲击韧性规定

5.5.3 对青藏铁路(设计环境温度-50℃)地区疲劳设计规定

结论

参考文献

致谢及声明

附录1 世界大跨度钢桥统计

附录2 试件CTOD 临界值δ及相应等效吸收功整理结果

个人简历、在学期间的研究成果及发表的论文

发布时间: 2005-11-16

参考文献

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