公轨两用特大桥吊杆疲劳分析

论文摘要

吊杆是把桥面系的恒载与活载传递到拱肋的关键受力构件,它的使用正常与否,关系到桥梁的整体寿命和安全。随着经济的发展,一方面越来越多的桥梁设计成了公轨两用桥梁,另一方面交通流量急剧增加,由于公轨两用桥梁结构较轻,跨度大,在轻轨列车和很多汽车同时通过大跨度桥梁时,桥梁可能产生较大的振动,吊杆的应力变化幅度将会很大,进行疲劳分析是十分必要的。本文结合重庆菜园坝长江大桥工程实例,针对大跨度公轨两用无推力式钢箱系杆拱桥的吊杆作如下几个方面的工作:1)介绍了荷载谱的概念并对荷载谱的发展现状进行广泛的调研,并作综合评述。2)提出了大跨公轨两用桥吊杆疲劳分析方法。公轨两用桥可用空间有限元模拟;公路疲劳荷载、铁路疲劳荷载分别用随机车流模拟,该车流能满足公路、铁路桥梁疲劳荷载谱特性。计算公路、铁路随机车流同时通过大跨公轨桥时的空间响应,得到典型吊杆的应力历程。采用泄水法对应力历程进行统计分析,可进一步得到吊杆的应力谱。最后,再根据相关疲劳损伤分析理论,开展对吊杆的损伤度和疲劳剩余寿命评估。3)编制了开展吊杆疲劳分析的相关程序。采用Fortran95语言编制了随机车流的产生程序,公路、铁路荷载同时加载的应力历程的计算程序及应力循环统计的泄水法程序,通过这些程序可方便开展吊杆的疲劳分析计算。4)建立了菜园坝大桥的全桥有限元模型。5)对菜园坝大桥的吊杆进行了疲劳分析。选取了公路及轻轨车辆荷载谱,采用随机车流的模拟方法模拟了菜园坝大桥公路双向多车道和双向轻轨车道上的荷载,基于线性疲劳累计损伤理论和吊杆的S-N曲线,对不同工况下大桥的典型吊杆进行了疲劳损伤评估。计算结果表明,在仅考虑公路汽车及轻轨车等反复荷载作用时,菜园坝大桥吊杆在设计基准期内不会发生疲劳破坏。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 疲劳基本概念
• 1.3 桥梁疲劳问题的研究
• 1.3.1 荷载谱的概念及发展现状
• 1.3.2 吊杆的破损现状及疲劳破坏机理
• 1.3.3 疲劳分析方法的研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 吊杆疲劳分析方法
• 2.1 桥梁模型的建立
• 2.2 疲劳荷载模型的建立
• 2.2.1 随机车流的模拟
• 2.3 应力历程的计算
• 2.4 应力谱的计算
• 2.5 疲劳损伤计算
• 2.6 相关程序编制
• 2.6.1 随机车流的产生
• 2.6.2 应力历程的生成
• 2.6.3 应力谱的计算
• 2.7 本章小结
• 第三章 菜园坝大桥有限元模型的建立
• 3.1 菜园坝大桥工程概况
• 3.2 菜园坝大桥空间有限元模型的建立
• 3.2.1 主拱结构
• 3.2.2 钢桁梁
• 3.2.3 主墩和Y型刚构
• 3.2.4 边墩和交界墩
• 3.2.5 系杆索
• 3.2.6 桥面铺装和附属设施
• 3.2.7 边界条件
• 3.3 本章小结
• 第四章 菜园坝大桥吊杆的疲劳分析
• 4.1 公路荷载谱的选取
• 4.2 轻轨荷载谱的制定
• 4.3 吊杆的选取
• 4.3.1 恒载作用下吊杆内力分析
• 4.3.2 移动荷载作用下吊杆内力分析
• 4.4 随机车流的模拟
• 4.4.1 车道分布的影响
• 4.4.2 汽车车流的主要参数
• 4.4.3 轻轨车车流的主要参数
• 4.5 吊杆的应力历程的计算
• 4.5.1 小于30kN的车辆对吊杆的应力历程的影响
• 4.5.2 不同车道作用下吊杆的应力历程
• 4.5.3 不同荷载谱作用下吊杆的应力历程
• 4.5.4 不同运营时期吊杆的应力历程
• 4.6 吊杆的损伤评估
• 4.6.1 小于30kN的车辆对吊杆的损伤计算的影响
• 4.6.2 不同车道作用下吊杆损伤计算
• 4.6.3 不同荷载谱作用下吊杆损伤计算
• 4.6.4 不同运营时期吊杆的损伤计算
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果