车辆荷载作用下钢—混组合桥面系的疲劳性能研究

发布时间：2018-05-30 15:45

  本文选题：车辆荷载 + 钢-混组合桥面系　； 参考：《长沙理工大学》2015年硕士论文

【摘要】：钢-混组合桥面系作为一种新类型结构已经在大跨度悬索桥中广泛应用,并且取得了良好的经济效益。随着运营时间、车流量和载重量的增加,服役期内桥梁的寿命急剧减少,钢-混组合桥面系在车辆荷载反复作用下的疲劳问题日益突出。目前,我国关于钢-混组合桥面系的研究重点是静力方面,而关于疲劳性能方面的科研深度较浅,因此研究钢-混组合桥面系在车辆荷载反复作用条件下的疲劳性能意义重大。本文根据公路桥的实测交通调查数据,并结合有限元理论建模分析,进行钢-混组合桥面系的疲劳性能研究。具体研究内容有:(1)参考国内外相关文献,对钢-混组合结构疲劳的基本理论和计算方法进行了详细的介绍。通过比较各种方法的优劣和实际情况,选择Miner准则的S-N曲线分析方法来进行钢-混组合桥面系的疲劳损伤计算和寿命评估。(2)对江苏某公路大桥24h实测交通数据进行计算分析,将货车归纳分成常见的16类车型,采用疲劳等效损伤原理和英国BS5400有关规范将16类车型总结为7类典型车,从而得到了该桥的模型车辆荷载谱;(3)以实际工程为背景建立了钢-混组合桥面系节段模型,基于有限元理论方法来研究其疲劳性能。在钢-混组合桥面系节段模型中分别加载7类典型车,利用ANSYS的瞬态动力分析功能得到钢-混组合桥面系(钢纵梁和桥面板)上关注点(受力最不利点)的应力-时程数据,进而计算其疲劳损伤和疲劳寿命。计算发现关注点(1)(受力最不利点)疲劳寿命比设计寿命(100年)低,表明车辆动荷载对钢-混组合桥面系的疲劳性能影响显著,所建立的模型车辆荷载谱由于来自实际交通调查,驶过该公路大桥的货车可能存在超载现象。(4)分析计算了在BS5400标准疲劳车和AASHTO规定疲劳车作用下,钢-混组合桥面系模型中各关注点的疲劳损伤量。研究表明:钢-混组合桥面系模型中受力最不利点受的疲劳损伤远大于其他位置处,车辆的参数值(总重、轴重和轴距)的差异可能会造成疲劳损伤量的不同,进而导致钢-混组合桥面系结构疲劳寿命的差异。
[Abstract]:As a new type of structure, steel-concrete composite deck system has been widely used in long-span suspension bridges, and good economic benefits have been obtained. With the increase of service time, vehicle flow and load, the service life of bridges decreases sharply, and the fatigue problem of steel-concrete composite deck is becoming more and more serious under the repeated loads of vehicles. At present, the research on steel-concrete composite deck system in China is focused on static force, but the research depth on fatigue performance is relatively shallow, so it is of great significance to study the fatigue performance of steel-concrete composite deck system under the condition of repeated vehicle loads. In this paper, the fatigue behavior of steel-concrete composite deck system is studied based on the traffic survey data of highway bridge and finite element modeling. The basic theory and calculation method of fatigue of steel-concrete composite structures are introduced in detail with reference to relevant literatures at home and abroad. By comparing the advantages and disadvantages of various methods and the actual situation, the S-N curve analysis method of Miner criterion is selected to calculate the fatigue damage of steel-concrete composite deck system and to evaluate the fatigue life of the bridge deck system. The 24 h traffic data of a highway bridge in Jiangsu Province are calculated and analyzed. The freight car is divided into 16 kinds of cars, and the fatigue equivalent damage principle and BS5400 code are used to summarize the 16 types of vehicles into 7 types of typical vehicles. Thus, the model vehicle load spectrum of the bridge is obtained. Based on the actual engineering background, the section model of steel-concrete composite deck system is established, and its fatigue performance is studied based on the finite element theory method. Seven types of typical vehicles were loaded into the segmental model of steel-hybrid composite deck system respectively. Using the transient dynamic analysis function of ANSYS, the stress-time history data of the focus point (the most disadvantageous point of force) on the steel-hybrid composite deck system (steel longitudinal beam and deck slab) were obtained. Then the fatigue damage and fatigue life are calculated. It is found that the fatigue life of the most unfavorable point of concern is lower than that of the design life (100 years), which indicates that the dynamic load of the vehicle has a significant effect on the fatigue performance of the steel-concrete composite bridge deck system, and the model vehicle load spectrum is derived from the actual traffic investigation. Under the action of BS5400 standard fatigue vehicle and AASHTO prescribed fatigue vehicle, the fatigue damage amount of each concern point in the steel-mixed composite bridge deck system model is calculated. The results show that the fatigue damage at the most unfavorable point in the steel-concrete composite deck system model is much greater than that at other locations, and the difference of vehicle parameter values (total weight, axle load and wheelbase) may lead to different fatigue damage. Thus, the fatigue life of steel-concrete composite deck structure is different.
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U441.4

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本文编号：1955836