中下承式拱桥吊杆的跨尺度疲劳失效行为研究

发布时间：2018-11-08 11:04

【摘要】：现今日益增多的桥梁修建,如何延长桥梁的使用寿命问题日渐凸显。吊杆作为桥梁的重要组成构件,受到桥梁结构本身荷载作用以及各种外界复杂因素的影响,不免会遭受到损伤而导致抗性降低,容易出现疲劳失效。所以吊杆钢丝的疲劳失效问题日益受到工程领域的重视。本文主要分析影响吊杆钢丝疲劳失效的因素,并逐一进行具体的数值计算分析。采用基于约束应力区的宏/微观跨尺度疲劳裂纹扩展模型,对模型进行验证;利用Midas/Civil有限元软件建立茅草街大桥模型,利用疲劳裂纹扩展模型对茅草街大桥吊杆钢丝的疲劳问题做详尽的计算与分析。本文的主要研究工作,是基于约束应力区的宏/微观跨尺度疲劳裂纹扩展统一模型,研究吊杆钢丝的疲劳断裂行为,分析各个宏/微观因素对钢丝疲劳失效行为的影响。主要工作包括:(1)研究40CrNi2Si2MoVA低合金超高强度钢材料的跨尺度疲劳行为。利用光滑试件的实验S-N曲线,拟合出材料的疲劳损伤参数。对含缺口试件的疲劳寿命进行预测,理论预测结果与试验结果吻合良好,验证了该模型可以有效描述高强钢材从微观到宏观疲劳失效的全过程。(2)建立了茅草街大桥的有限元分析模型。桥梁吊杆在不同荷载工况下,并考虑吊杆钢丝的松弛或张紧效应,对吊杆钢丝的受力状况进行详细分析计算。对吊杆钢丝在桥梁实际服役过程中的疲劳寿命,给出一个合理的估计。(3)采用疲劳裂纹扩展跨尺度模型,对茅草街大桥吊杆的疲劳失效行为进行计算与分析,得出了受力最不利吊杆不同工况下的a-N曲线图。通过数值计算,对影响吊杆疲劳失效行为的各因素进行了研究。计算结果表明,微观效应对吊杆钢丝的疲劳断裂行为的显著影响。
[Abstract]:Nowadays, more and more bridges are built, how to prolong the service life of bridges becomes more and more important. As an important component of the bridge, the suspension rod is affected by the load of the bridge structure itself and various external complex factors, which inevitably results in the reduction of resistance and fatigue failure. Therefore, the fatigue failure of suspender steel wire has been paid more and more attention in engineering field. This paper mainly analyzes the factors that affect the fatigue failure of steel wire, and carries out the numerical calculation one by one. The macro / micro scale fatigue crack growth model based on constrained stress region is used to verify the model. The model of Maocaojie Bridge is established by using Midas/Civil finite element software, and the fatigue problem of suspension steel wire of Maocaojie Bridge is calculated and analyzed in detail by using the fatigue crack propagation model. The main work of this paper is to study the fatigue fracture behavior of suspender steel wire based on the unified model of macro / micro scale fatigue crack propagation in constrained stress region, and to analyze the influence of macro / micro factors on fatigue failure behavior of steel wire. The main work includes: (1) the cross scale fatigue behavior of 40CrNi2Si2MoVA low alloy ultra high strength steel is studied. The fatigue damage parameters of the material were fitted by the S-N curve of the smooth specimen. The fatigue life of specimens with notches is predicted, and the theoretical prediction results are in good agreement with the experimental results. It is verified that the model can effectively describe the whole process of fatigue failure of high strength steel from micro to macro. (2) the finite element analysis model of Maocaojie Bridge is established. Under different load conditions and considering the relaxation or tension effect of suspension steel wire, the stress state of suspension rod steel wire is analyzed and calculated in detail. A reasonable estimate is given for the fatigue life of suspension steel wire in the actual service of the bridge. (3) the fatigue failure behavior of the suspension rod of Maocaojie Bridge is calculated and analyzed by using the cross-scale model of fatigue crack propagation. The a-N curves of the most unfavorable suspenders under different working conditions are obtained. Through numerical calculation, the factors influencing the fatigue failure behavior of suspenders are studied. The results show that the microcosmic effect has a significant effect on the fatigue fracture behavior of steel wire.
【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;U448.22

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本文编号：2318279