四线双桁连续钢桁梁整体钢桥面构造细节疲劳研究

论文摘要

随着结构分析方法的改进,焊接技术的提高及高强钢材的普及,正交异性整体钢桥面板在桥梁建设中得到了广泛的应用。但由于其构造复杂,焊接残余应力不易控制,结构本身的缺陷以及直接承受车轮荷载反复作用等综合因素的影响,正交异性钢桥面板构造细节的疲劳破坏问题越来越受到桥梁研究者的关注。美国土木工程学会的调查结果显示,80%-90%的钢结构破坏和疲劳有着密切关系。因此,研究正交异性钢桥面板构造细节的疲劳破坏问题显得尤为必要。本课题针对四线双桁连续钢桁梁桥,研究其正交异性整体钢桥面典型构造细节结构形式的疲劳性能问题。本文对疲劳的基本概念、疲劳的破坏机理以及影响疲劳强度的因素等基础理论进行了系统的归纳；对钢桥疲劳的研究方法和正交异性整体钢桥面的力学特点、疲劳破坏的典型构造细节、破坏机理及疲劳评估方法进行了分析总结。本文以东新赣江桥为工程背景,选取正交异性整体钢桥面典型构造细节,进行模型设计,并根据其构造形式及受力特点确定疲劳加载方案。运用大型通用有限元软件ANSYS进行线性应力分析,详细研究了各种构造细节的结构形式在不同加载吨位下的应力分布情况。在此基础上,采用有限元疲劳分析软件MSC.Fatigue对各种构造细节进行疲劳寿命分析。通过以上分析,得到疲劳寿命与应力幅的回归曲线,提出了推荐疲劳设计S-N曲线及容许应力幅值,研究结果为正交异性整体钢桥面构造细节的疲劳设计提供了一定的参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 疲劳事故
• 1.2 钢桥疲劳问题研究历史和现状
• 1.2.1 钢桥疲劳研究历史
• 1.2.2 钢桥疲劳研究现状
• 1.3 正交异性钢桥面板疲劳问题综述
• 1.3.1 研究历史及现状
• 1.3.2 受力特点
• 1.3.3 疲劳破坏的典型构造细节
• 1.4 本文工程背景
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 疲劳理论
• 2.1 疲劳的基本概念
• 2.1.1 疲劳的定义
• 2.1.2 疲劳的分类
• 2.1.3 疲劳破坏的特点
• 2.2 疲劳破坏机理
• 2.3 影响钢结构疲劳强度的因素
• 2.4 本章小结
• 第3章 钢桥疲劳研究方法及钢桥面疲劳行为分析
• 3.1 传统疲劳分析方法
• 3.1.1 S-N曲线
• 3.1.2 疲劳累积损伤理论
• 3.1.3 传统疲劳分析方法在钢桥中的应用
• 3.2 断裂力学分析方法
• 3.2.1 应力强度因子
• 3.2.2 裂纹扩展规律
• 3.2.3 断裂力学分析方法在钢桥中的应用
• 3.3 损伤力学分析方法
• 3.3.1 一维损伤变量
• 3.3.2 损伤力学分析方法在钢桥中的应用
• 3.4 钢桥疲劳设计的一般方法
• 3.5 正交异性整体钢桥面疲劳行为分析
• 3.5.1 正交异性整体钢桥面疲劳破坏机理总结
• 3.5.2 正交异性整体钢桥面的疲劳评估方法
• 3.6 本章小结
• 第4章 疲劳模型设计及ANSYS有限元计算
• 4.1 东新赣江桥简介
• 4.2 研究内容及方法
• 4.3 模型设计及加载方案
• 4.3.1 模型设计
• 4.3.2 加载方案
• 4.4 基于ANSYS的线性应力分析
• 4.4.1 A类模型
• 4.4.2 B类模型
• 4.4.3 C、D类模型
• 4.5 小结
• 第5章 整体钢桥面构造细节疲劳性能研究
• 5.1 基于有限元的疲劳仿真
• 5.2 MSC.FATIGUE简介
• 5.2.1 MSC.Fatigue的主要分析功能
• 5.2.2 MSC.Fatigue的分析过程
• 5.3 模型的疲劳寿命分析
• 5.3.1 有限元分析结果的导入
• 5.3.2 材料的疲劳属性
• 5.3.3 疲劳荷载信息
• 5.3.4 设置求解参数
• 5.3.5 疲劳计算结果及分析
• 5.4 推荐疲劳设计S-N曲线及容许应力幅
• 5.5 小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目