正交異性鋼橋面板疲勞裂紋擴(kuò)展過程數(shù)值模擬及其修復(fù)方法研究.pdf

1、正交異性鋼橋板憑借其承載能力大、自重輕、施工快和結(jié)構(gòu)美觀等優(yōu)點(diǎn),很好的解決了橋梁的自重、承重和跨徑之間的矛盾,已經(jīng)成為大跨徑鋼橋的首選橋面形式。對(duì)于正交異性鋼橋面板來說,由于其不但要承受其頂部車輛的循環(huán)作用,而且作為主梁的一部分共同參與受力,從而造成局部承受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)過多,且在梁體焊接過程中會(huì)引起不可避免的應(yīng)力集中及焊接缺陷,使得鋼橋面板在運(yùn)營一段時(shí)間后,極易產(chǎn)生疲勞裂紋。大跨度鋼橋一旦出現(xiàn)疲勞裂紋,不僅維修困難、費(fèi)用昂貴,而且會(huì)引

2、起橋梁突然破壞的災(zāi)難性事故。目前疲勞開裂導(dǎo)致其維修加固需求十分突出,而一些維修加固的方法并不是十分有效,主要是對(duì)其疲勞失效機(jī)理的研究尚不深入。
　　為了追蹤正交異性鋼橋面板的疲勞裂紋擴(kuò)展過程,為通用的正交異性板的鋼橋的抗疲勞設(shè)計(jì)和開裂加固提供理論指導(dǎo),本文提出了基于實(shí)橋有限元模型進(jìn)行正交異性鋼橋面板疲勞裂紋擴(kuò)展模擬的方法和流程,并對(duì)國內(nèi)外鋼橋裂紋修復(fù)方法進(jìn)行了分類匯總。具體研究內(nèi)容及成果如下:
　　1、提出了考慮疲勞荷載模型

3、、車輛輪軸橫向分布、平均日交通量、交通量年增長率、沖擊系數(shù)等多種因素影響下,橋面板中各部位等效應(yīng)力幅的計(jì)算方法,從而得到了更接近實(shí)際的等效應(yīng)力幅計(jì)算公式。
　　2、提出了一種基于通用有限元軟件的鋼橋面板疲勞裂紋擴(kuò)展過程數(shù)值模擬方法。首先,建立橋梁整體有限元模型,進(jìn)行恒載及活載作用下的整體分析,并結(jié)合實(shí)橋調(diào)查結(jié)果確定全橋疲勞關(guān)鍵部位;然后,建立包含焊接細(xì)節(jié)的疲勞關(guān)鍵部位的精細(xì)化模型進(jìn)行疲勞應(yīng)力幅分析,同時(shí)基于車橋耦合振動(dòng)分析考慮沖擊

4、系數(shù)對(duì)應(yīng)力幅的影響,確定裂紋擴(kuò)展方向、路徑及壽命,進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展全過程分析。
　　3、以某既有大跨度橋梁的鋼橋面板疲勞裂紋擴(kuò)展為例,驗(yàn)證了本文方法和計(jì)算流程的可行性、計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,研究了橋面鋪裝層、路況、車輛超載及交通量年增長率等因素對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的影響,并為該橋運(yùn)營期疲勞失效維修與加固提供了理論依據(jù)。
　　4、對(duì)正交異性鋼橋面板疲勞裂紋修復(fù)方法進(jìn)行了匯總分析,研究成果可為各個(gè)疲勞細(xì)節(jié)部位維修加固方案的制定提供參考