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(lái)，為了滿(mǎn)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(chē)荷載和列車(chē)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(guò)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(wèn)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(guò)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(chē)荷載和列車(chē)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(guò)連接焊縫傳遞，焊接細(xì)節(jié)的疲勞問(wèn)題十分突出。
　　本文對(duì)復(fù)合式雙錨拉板錨箱開(kāi)展了系統(tǒng)的研究，以邊界等效的疲勞試驗(yàn)為基礎(chǔ)，分別采用名義應(yīng)力、熱點(diǎn)應(yīng)力以及斷裂力學(xué)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(kuò)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(duì)索梁錨固結(jié)構(gòu)的疲勞壽命進(jìn)行了研究。研究?jī)?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(wèn)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(shuō)明了論文研究的意義。
　　(2)采用既有公路汽車(chē)和鐵路列車(chē)的疲勞車(chē)模型，通過(guò)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(xì)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(lèi)疲勞敏感細(xì)節(jié)，分別為錨壓板與傳力豎板連接端部軸拉細(xì)節(jié)、錨壓板與傳力豎板連接側(cè)面拉剪細(xì)節(jié)，以及錨壓板承壓端部的壓剪細(xì)節(jié)，并給出相應(yīng)名義應(yīng)力幅計(jì)算公式。
　　(3)基于相似原理，考慮應(yīng)力等效和邊界等效，開(kāi)展了復(fù)合式雙錨拉板錨箱基本結(jié)構(gòu)的疲勞試驗(yàn)。初始狀態(tài)下的靜力加載測(cè)試表明:基本結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)應(yīng)力分布與有限元計(jì)算值基本吻合，基本結(jié)構(gòu)與實(shí)際索梁錨固結(jié)構(gòu)中的有限元計(jì)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(yàn)表明:索梁錨固結(jié)構(gòu)在軸拉細(xì)節(jié)和壓剪細(xì)節(jié)位置觀(guān)測(cè)到裂紋，軸拉細(xì)節(jié)的疲勞斷裂導(dǎo)致了索梁錨固結(jié)構(gòu)的整體失效;軸拉細(xì)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(xiàn)，引入與錨壓板寬高比相關(guān)的參數(shù)，對(duì)軸拉細(xì)節(jié)名義應(yīng)力幅計(jì)算公式進(jìn)行修正;并給出了各細(xì)節(jié)的參考疲勞細(xì)節(jié)類(lèi)別。
　　(4)采用熱點(diǎn)應(yīng)力外推法，對(duì)索梁錨固結(jié)構(gòu)中的不同應(yīng)力狀態(tài)下的疲勞細(xì)節(jié)進(jìn)行熱點(diǎn)應(yīng)力判定，采用有限元模擬，分析了單元類(lèi)型、網(wǎng)格尺寸以及外推方法對(duì)熱點(diǎn)應(yīng)力的

6、影響。結(jié)合試驗(yàn)中軸拉細(xì)節(jié)的熱點(diǎn)應(yīng)力測(cè)試值，驗(yàn)證了有限元模擬的有效性，以及FAT90曲線(xiàn)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(duì)基本結(jié)構(gòu)中的幾何參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，結(jié)合實(shí)橋中幾何參數(shù)的取值規(guī)律，給出軸拉細(xì)節(jié)和拉剪細(xì)節(jié)應(yīng)力集中系數(shù)的表達(dá)式。
　　(5)采用線(xiàn)彈性斷裂理論研究裂紋擴(kuò)展規(guī)律，借助ANSYS與FRANC3D有限元軟件，對(duì)裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子和裂紋擴(kuò)展進(jìn)行模擬分析，借助文獻(xiàn)中穿透型裂紋和半橢圓表面裂紋的試驗(yàn)

7、測(cè)試值，驗(yàn)證有限元模擬的有效性。采用最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則對(duì)承壓板與傳力豎板連接端部裂紋進(jìn)行裂紋擴(kuò)展模擬，結(jié)合斷口形貌，研究了初始裂紋尺寸和形狀對(duì)裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子和裂紋擴(kuò)展的影響。采用應(yīng)力強(qiáng)度因子修正系數(shù)，對(duì)基本結(jié)構(gòu)中的幾何參數(shù)進(jìn)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(qiáng)度因子修正系數(shù)的表達(dá)式。
　　(6)傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)誤差較大，線(xiàn)性累積損傷模型和裂紋擴(kuò)展模型中變量具有不確定性和隨機(jī)性，基于區(qū)間-概率理論