重庆菜园坝长江大桥轻轨支座疲劳试验研究

论文摘要

本文以重庆菜园坝长江大桥轻轨3号线为背景,采用理论和试验相结合的方法,对轻轨支座的疲劳性能展开了研究。本文首先引述了疲劳的基本理论,根据英国BS5400、Eurocode规范和中国《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）等关于疲劳荷载计算的规定,结合桥梁的具体情况,确定出轻轨的疲劳荷载谱参数。再根据轻轨的疲劳荷载谱参数计算出支座节点处的内力历程例,通过线性疲劳累积损伤理论将重庆菜园坝大桥实际的变幅、高循环疲劳荷载等效为试验所需的常幅、三百万次的疲劳荷载,从而确定出支座试验所需的疲劳荷载幅。针对重庆菜园坝长江大桥轻轨弯道支座的具体构造和受力状态,本文根据杠杆法对试验模型的加载及钢结构箱进行了合理的设计,以保证模型和实际结构具有相同的受力状态和约束条件,并根据试验模型的有限元分析,计算出试验模型的应力分布,制定了疲劳试验实施方案。试验完成以后,通过大量试验数据的采集与分析表明:在设计疲劳荷载循环前、后及各个中间阶段,各主要考查测点的静载主应力值差别比较小,实测应变与荷载大致呈线性关系,在加载和卸载两个过程中具有很好的对称性（可恢复性）,而且每次静载试验的应变值基本接近。试验完成后,轻轨弯道支座模型未发现裂纹。从而得出支座连接结构在正常养护维修情况下,设计寿命期内不会发生疲劳开裂的结论。为了研究重庆菜园坝长江大桥试验弯道支座节点可能的使用寿命,还对轻轨弯道支座有限元模型开展了疲劳及寿命有限元分析的进一步研究。通过对比有限元计算结果与试验结果,验证了本次试验数据的可靠性,试验数据基本上可以反映支座的受力状态,能够作为支座工作状态的依据。利用有关知识和以往的研究成果,结合相关规范的验算,进一步说明了试验节点的可靠性。轻轨弯道支座试验模型的设计寿命期疲劳试验表明:重庆菜园坝长江大桥轻轨弯道支座节点的疲劳强度符合设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 支座的种类、特点、及应用
• 1.3 国内外疲劳研究历史与现状
• 1.3.1 疲劳研究历史
• 1.3.2 疲劳研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 疲劳强度理论
• 2.1 疲劳概念及其破坏过程
• 2.2 S-N 曲线和 P-S-N 曲线
• 2.3 疲劳损伤累积理论
• 2.3.1 线性疲劳损伤理论
• 2.3.2 非线性疲劳损伤累积理论
• 2.4 随机荷载的统计处理
• 2.5 变幅荷载与常幅荷载的转化
• 第三章 等效载荷幅和测试区域的确定
• 3.1 疲劳试验的等效载荷幅
• 3.1.1 荷载谱参数的选取
• 3.1.2 计算模型的建立
• 3.1.3 反力历程例的计算
• 3.1.4 试验等效载荷幅
• 3.2 疲劳试验的测试区域
• 3.2.1 有限元法简介
• 3.2.2 支座有限元模型
• 3.2.3 测试区域的选取
• 第四章 轻轨弯道支座疲劳试验
• 4.1 工程背景
• 4.2 疲劳试验模型设计
• 4.2.1 模型设计原则
• 4.2.2 疲劳试验模型
• 4.3 疲劳试验模型制造与安装
• 4.4 疲劳试验测试方案设计
• 4.4.1 疲劳试验的测试方法
• 4.4.2 疲劳试验模型的加载
• 4.4.3 疲劳试验应变测点的布置
• 第五章 试验结果分析及可靠性评价
• 5.1 试验应力分析原理
• 5.2 轻轨弯道支座静载试验结果
• 5.3 轻轨弯道支座疲劳试验结果
• 5.4 有限元计算结果与试验结果对比分析
• 5.4.1 支座试验结果分析
• 5.4.2 有限元计算结果分析
• 5.4.3 计算结果和试验结果的对比分析
• 5.5 轻轨弯道支座使用可靠性评价
• 5.6 轻轨弯道支座使用寿命分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文主要研究工作总结
• 6.2 本课题研究的展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果