公鐵兩用斜拉橋索梁錨固結(jié)構(gòu)疲勞性能與疲勞壽命研究.pdf

1、近年來，為了滿足公路和鐵路共用橋位的需求，公鐵兩用斜拉橋得到了廣泛的應(yīng)用。在汽車荷載和列車荷載的共同作用下，大跨度公鐵兩用斜拉橋承受了巨大的荷載作用。作為斜拉橋中拉索和主梁的連接構(gòu)件，索梁錨固結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜的局部焊接構(gòu)造，此外，在傳遞巨大的荷載效應(yīng)過程中，索梁錨固結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中現(xiàn)象突出。為了解決這一問題，在現(xiàn)有公鐵兩用斜拉橋中采用了一種連接拉索和鋼桁梁的新型索梁錨固結(jié)構(gòu)形式—復(fù)合式雙錨拉板錨箱。雙側(cè)錨拉板作為傳力豎板，上部通過焊接構(gòu)成錨箱，

2、與拉索錨固連接，下部與主梁頂板連接。在汽車荷載和列車荷載的組合作用下，作用在索梁錨固結(jié)構(gòu)上的荷載通過連接焊縫傳遞，焊接細節(jié)的疲勞問題十分突出。
　　本文對復(fù)合式雙錨拉板錨箱開展了系統(tǒng)的研究，以邊界等效的疲勞試驗為基礎(chǔ)，分別采用名義應(yīng)力、熱點應(yīng)力以及斷裂力學方法研究了索錨結(jié)構(gòu)的疲勞性能;結(jié)合累積損傷模型和裂紋擴展模型中的參數(shù)特征，采用疲勞壽命分析的混合可靠度模型，對索梁錨固結(jié)構(gòu)的疲勞壽命進行了研究。研究內(nèi)容如下:
　　(1)回

3、顧公鐵兩用斜拉橋的建造和發(fā)展，分析了索梁錨固結(jié)構(gòu)的受力特征和結(jié)構(gòu)組成特征，結(jié)合既有鋼橋的疲勞病害情況，論述了公鐵兩用斜拉橋索梁錨固結(jié)構(gòu)中的疲勞問題及其研究的必要性，綜述了索梁錨固結(jié)構(gòu)疲勞性能和疲勞壽命的研究現(xiàn)狀，說明了論文研究的意義。
　　(2)采用既有公路汽車和鐵路列車的疲勞車模型，通過數(shù)值模擬研究了斜拉橋的索梁錨固結(jié)構(gòu)的疲勞荷載及其組合方法。研究了索梁錨固結(jié)構(gòu)疲勞細節(jié)的應(yīng)力分布特征，以及各板件的幾何參數(shù)敏感性，得到了復(fù)合式雙錨

4、拉板錨箱的基本結(jié)構(gòu)和三類疲勞敏感細節(jié)，分別為錨壓板與傳力豎板連接端部軸拉細節(jié)、錨壓板與傳力豎板連接側(cè)面拉剪細節(jié)，以及錨壓板承壓端部的壓剪細節(jié)，并給出相應(yīng)名義應(yīng)力幅計算公式。
　　(3)基于相似原理，考慮應(yīng)力等效和邊界等效，開展了復(fù)合式雙錨拉板錨箱基本結(jié)構(gòu)的疲勞試驗。初始狀態(tài)下的靜力加載測試表明:基本結(jié)構(gòu)的實測應(yīng)力分布與有限元計算值基本吻合，基本結(jié)構(gòu)與實際索梁錨固結(jié)構(gòu)中的有限元計算值具有較高的一致性，可以用于索梁錨固結(jié)構(gòu)疲勞性能研究

5、。疲勞試驗表明:索梁錨固結(jié)構(gòu)在軸拉細節(jié)和壓剪細節(jié)位置觀測到裂紋，軸拉細節(jié)的疲勞斷裂導致了索梁錨固結(jié)構(gòu)的整體失效;軸拉細節(jié)疲勞性能與錨壓板寬高比有關(guān)，結(jié)合規(guī)范中相關(guān)的S-N曲線，引入與錨壓板寬高比相關(guān)的參數(shù)，對軸拉細節(jié)名義應(yīng)力幅計算公式進行修正;并給出了各細節(jié)的參考疲勞細節(jié)類別。
　　(4)采用熱點應(yīng)力外推法，對索梁錨固結(jié)構(gòu)中的不同應(yīng)力狀態(tài)下的疲勞細節(jié)進行熱點應(yīng)力判定，采用有限元模擬，分析了單元類型、網(wǎng)格尺寸以及外推方法對熱點應(yīng)力的

6、影響。結(jié)合試驗中軸拉細節(jié)的熱點應(yīng)力測試值，驗證了有限元模擬的有效性，以及FAT90曲線在索梁錨固結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析中的合理性。采用應(yīng)力集中系數(shù)，對基本結(jié)構(gòu)中的幾何參數(shù)進行敏感性分析，結(jié)合實橋中幾何參數(shù)的取值規(guī)律，給出軸拉細節(jié)和拉剪細節(jié)應(yīng)力集中系數(shù)的表達式。
　　(5)采用線彈性斷裂理論研究裂紋擴展規(guī)律，借助ANSYS與FRANC3D有限元軟件，對裂紋尖端的應(yīng)力強度因子和裂紋擴展進行模擬分析，借助文獻中穿透型裂紋和半橢圓表面裂紋的試驗

7、測試值，驗證有限元模擬的有效性。采用最大周向應(yīng)力準則對承壓板與傳力豎板連接端部裂紋進行裂紋擴展模擬，結(jié)合斷口形貌，研究了初始裂紋尺寸和形狀對裂紋尖端應(yīng)力強度因子和裂紋擴展的影響。采用應(yīng)力強度因子修正系數(shù)，對基本結(jié)構(gòu)中的幾何參數(shù)進行敏感性分析，給出錨壓板與傳力豎板連接端部半橢圓裂紋的應(yīng)力強度因子修正系數(shù)的表達式。
　　(6)傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測誤差較大，線性累積損傷模型和裂紋擴展模型中變量具有不確定性和隨機性，基于區(qū)間-概率理論