断裂力学在桥梁裂纹检测分析中的应用

论文摘要

随着经济的快速发展,我国的交通建设取得了巨大成就。桥梁作为重要的基础设施之一,它的安全性直接影响着国民经济的发展。本文首先通过对国内外现役桥梁工作情况的介绍,阐述了桥梁安全检测的重要性和意义。裂纹是桥梁最为常见的病害之一,它对桥梁的运营安全造成潜在的危险。通过实桥的病害检测,统计了各种桥梁的裂纹,并从机理和力学两个方面对裂纹的成因进行了分析。为了分析裂纹对桥梁受力的影响,文中利用ANSYS有限元软件对两种典型的桥梁模型进行了静力和动力学分析。在静力分析中,主要分析了不同荷载对含裂纹桥梁的挠度、拉应力、压应力和切应力的影响。在标定荷载作用下,分析了裂纹长度和深度对桥梁的受力影响。计算了不同荷载作用下,裂纹尖端的应力强度因子。比较了裂纹梁和完整梁的受力变化。在动力分析中,对桥梁进行了模态分析和谐响应分析。比较了裂纹梁和完整梁的频率变化。裂纹梁的固有频率比完整梁的固有频率低。分别计算了在移动荷载作用下裂纹梁和完整梁的受力变化。在匀速移动简谐力荷载作用下,分析了不同激励频率对桥梁挠度的影响。最后,计算了周期性动荷载作用下裂纹尖端的应力强度因子。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 我国桥梁建设的概况
• 1.2 国内外现役桥梁的工作基本状况
• 1.2.1 发达国家现役桥梁的基本状况
• 1.2.2 我国现役桥梁的工作基本状况
• 1.3 桥梁安全健康检测的重要性及其意义
• 1.4 桥梁检测的基本方法与评定标准
• 1.4.1 桥梁检测的基本方法
• 1.4.2 桥梁检测的评定标准
• 1.5 本文的主要内容
• 第二章 断裂力学基本理论
• 2.1 断裂力学概述
• 2.2 裂纹的基本类型
• 2.3 应力强度因子
• 2.3.1 应力强度因子的定义
• 2.3.2 应力强度因子的计算
• 2.4 线弹性断裂准则
• 2.4.1 应力强度因子准则
• 2.4.2 能量释放率准则
• 2.4.3 复合型断裂准则
• 2.5 弹塑性断裂力学理论
• 2.5.1 裂纹尖端塑性区的形成
• 2.5.2 裂纹尖端张开位移（COD）
• 2.5.3 J 积分理论
• 2.6 本章小结
• 第三章 桥梁裂纹的检测及形成分析
• 3.1 桥梁常见裂纹类型
• 3.2 实桥检测的裂纹统计
• 3.3 桥梁裂纹的机理分析
• 3.4 桥梁裂纹的受力分析
• 3.5 裂纹控制标准
• 3.6 桥梁裂纹的评估
• 3.7 本章小结
• 第四章 桥梁裂纹的有限元法分析
• 4.1 有限元法分析问题的基本过程
• 4.2 钢筋混凝土结构有限元模型的选择
• 4.2.1 有限元模型
• 4.2.2 混凝土的破坏准则
• 4.2.3 混凝土裂纹处理
• 4.2.4 ANSYS 中的SOLID65 单元
• 4.3 混凝土构件的断裂分析
• 4.3.1 构件的特征与材料参数
• 4.3.2 构件的有限元模型的建立
• 4.3.3 构件有限元模型的求解
• 4.4 桥梁有限元模型的建立
• 4.4.1 桥梁模型介绍
• 4.4.2 荷载及加载位置的确定
• 4.5 梁的静力分析
• 4.5.1 完整梁的静力分析
• 4.5.2 裂纹梁的静力分析
• 4.6 裂纹长度和深度对梁的受力影响
• 4.6.1 裂纹长度对梁的受力影响
• 4.6.2 裂纹深度对梁的受力影响
• 4.7 裂纹梁的应力强度因子变化
• 4.8 本章小结
• 第五章 含裂纹桥梁的动力学分析
• 5.1 结构的动力学基本方程
• 5.2 动力学分析基本类型
• 5.3 模态分析
• 5.4 谐响应分析
• 5.5 移动荷载作用下桥梁的动态响应
• 5.5.1 相关概念
• 5.5.2 匀速移动常力荷载作用下的响应
• 5.5.3 匀速移动简谐力荷载作用下的响应
• 5.6 裂纹尖端应力强度因子的动力学分析
• 5.6.1 动荷载作用下应力强度因子的有限元解法
• 5.6.2 裂纹桥梁体分析模型的确定和荷载的简化
• 5.6.3 动荷载周期作用下应力强度因子的变化
• 5.7 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢