大跨度公路懸索橋鋼箱梁正交異性橋面板的靜力行為與疲勞性能研究.pdf

1、正交異性鋼橋面板具有輕質(zhì)高強、承載能力大、安裝速度快、適用范圍廣等優(yōu)點，其焊接構(gòu)造細(xì)節(jié)的結(jié)構(gòu)行為和疲勞問題一直是現(xiàn)代鋼橋正交異性板的研究重點，隨著公路運營車輛、單車軸重及設(shè)計壽命期總運量的不斷增加，焊接構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞開裂現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。本文結(jié)合重慶江津中渡長江大橋主橋鋼箱梁工程，對正交異性板的靜力學(xué)行為和疲勞特性進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，研究主要內(nèi)容包括:
　　1、運用有限元分析方法，對公路橋梁正交異性鋼橋面板的受力行為進(jìn)行研究。研究表明

2、:焊接構(gòu)造細(xì)節(jié)主要承受第二體系與第三體系作用力的影響，具體表現(xiàn)為整體橫向彎曲作用、整體橫向剪切作用、局部豎向支撐作用以及橫隔板局部拉扯作用，并且討論了上述作用對不同焊接構(gòu)造細(xì)節(jié)的影響程度，得到了整體剪切作用與局部支撐作用是各構(gòu)造細(xì)節(jié)應(yīng)力行為的主導(dǎo)因素的結(jié)論;借助有限元方法提取了不同構(gòu)造細(xì)節(jié)的應(yīng)力影響面，并對車輛荷載位于不同車道位置時對不同構(gòu)造細(xì)節(jié)的應(yīng)力影響程度進(jìn)行了綜合分析。
　　2、對正交異性板結(jié)構(gòu)焊接構(gòu)造細(xì)節(jié)的熱點應(yīng)力計算理論

3、方法進(jìn)行研究，詳細(xì)分析了單元類型、網(wǎng)格精度以及外推方法對計算熱點應(yīng)力結(jié)果的影響，完善了正交異性板，結(jié)構(gòu)焊接構(gòu)造細(xì)節(jié)的熱點應(yīng)力法分析過程;推薦采用二次實體單元進(jìn)行建模，且應(yīng)盡量提高網(wǎng)格精度以降低計算結(jié)果的離散程度。通過足尺模型試驗，驗證了熱點應(yīng)力分析方法的準(zhǔn)確性與可靠性，并分別對承受支撐作用與剪切作用的加勁肋構(gòu)造細(xì)節(jié)的受力特性進(jìn)行了研究。
　　3、通過資料調(diào)研、有限元分析、概率模型數(shù)值模擬等方法，對公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁的車輛荷載空間分布、

4、疲勞橫向概率系數(shù)以及公路交通荷載特征參數(shù)等進(jìn)行研究，編寫了公路疲勞荷載譜的Monte Carlo模擬程序，提出了一種適用于西南地區(qū)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁OSD結(jié)構(gòu)疲勞驗算的疲勞荷載譜模型;分別采用所提出的疲勞荷載譜模型與JTG-D64規(guī)范疲勞荷載模型對不同跨度簡支梁橋梁底的跨中彎曲疲勞應(yīng)力進(jìn)行計算，對比分析兩種荷載譜模型的疲勞效應(yīng)。研究表明:公路鋼橋OSD構(gòu)造細(xì)節(jié)的應(yīng)力疲勞橫向概率系數(shù)可取為0.9;由于等效損傷系數(shù)γ取值的限制，導(dǎo)致單車道車流量

5、小于5×108次時，采用JTG-D64規(guī)范疲勞荷載模型得到的等效應(yīng)力較大，而當(dāng)單車道車流量超過5×108時，采用基于參數(shù)控制法的疲勞荷載譜數(shù)值模型得到的等效應(yīng)力較大。
　　4、通過針對重慶江津中渡長江大橋正交異性板焊接構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行的足尺疲勞模型試驗表明:加勁肋腹板與橫隔板切口焊接構(gòu)造處出現(xiàn)萌生于焊趾并沿加勁肋腹板縱向擴展的疲勞裂縫;加勁肋與頂板焊接構(gòu)造處出現(xiàn)縱向疲勞裂縫;橫隔板切口處存在較大的主應(yīng)力分布，但并無疲勞裂縫產(chǎn)生;受焊接

6、殘余應(yīng)力的影響，壓應(yīng)力循環(huán)作用區(qū)域仍會產(chǎn)生疲勞開裂;采用熱點應(yīng)力法與缺口應(yīng)力法對疲勞開裂構(gòu)造進(jìn)行評估，以測點應(yīng)力突變作為焊接構(gòu)造細(xì)節(jié)疲勞失效判據(jù)，得出加勁肋腹板與橫隔板切口焊接構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞等級大于Eurocode規(guī)范中的90類細(xì)節(jié)的疲勞強度，頂板與加勁肋腹板焊接構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞強度大于ⅡW規(guī)范中FAT225類疲勞強度，橫隔板切口構(gòu)造細(xì)節(jié)可劃分為Eurocode規(guī)范中的140類細(xì)節(jié)。
　　5、通過對多車道公路鋼橋的疲勞多車道系數(shù)的研