大跨径桥正交异性钢桥面板裂缝成因及处治对策研究

发布时间：2021-03-16 20:24

正交异性钢桥面板构件众多、横纵肋交错,受力情况复杂,同时由于正交异性钢桥面板影响线较短,应力集中现象明显,导致其疲劳问题突出。正交异性钢桥面板疲劳开裂往往与桥面铺装病害一同出现,两种病害相互影响、互为因果。目前正交异性钢桥面板的抗疲劳设计一般从桥面板自身的构造细节入手,采用桥面板与铺装层相结合的一体化设计思路相对较少。本论文以江阴长江公路大桥为例,分析计算了大桥典型位置处的疲劳寿命,并根据桥面板与铺装层一体化设计的思路,提出了针对大跨径桥正交异性钢桥面板疲劳开裂及桥面铺装病害的处治对策。计算结果表明,采用ECC(掺纤维PVA水泥基复合材料)作为桥面铺装材料能够较好的提高桥面板的疲劳寿命。本论文主要内容如下：(1)回顾了正交异性钢桥面板的发展史,总结了正交异性钢桥面板疲劳开裂的主要位置和形式,同时整理了目前正交异性钢桥面板典型的铺装形式；(2)调查整理了江阴长江公路大桥自通车运营以来出现的桥面铺装病害及主梁焊缝处疲劳开裂情况,同时根据检测结果进行针对性的分类,总结出大跨径桥正交异性钢桥面板病害的基本特征；(3)以江阴长江公路大桥病害检测结果为依据,通过有限元计算分析,阐述了正交异性钢桥面板在车辆轮载作用下的应力分布规律,作为之后的疲劳细节处的疲劳寿命计算的基础；(4)综述了结构疲劳分析计算的基本概念、方法和思路,同时运用线性疲劳损伤累积理论进行了江阴大桥正交异性钢桥面板细节处疲劳寿命的计算,并将计算结果与检测所得的实际情况进行对比,验证了计算方法的合理性；(5)运用桥面板与铺装层一体化设计的思想,提出了针对大跨径桥正交异性钢桥面板疲劳开裂及桥面铺装病害的处治对策——ECC一钢组合桥面板。通过分析处治之后的桥面板疲劳寿命及铺装层抗疲劳性能,验证了该处治方法的有效性。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U445.71

文章目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 课题背景及意义

1.1.1 工程背景

1.1.2 课题意义

1.2 正交异性钢桥面板概述

1.2.1 正交异性钢桥面板结构特点

1.2.2 疲劳裂缝形式

1.3 正交异性钢桥面板疲劳开裂及处治研究现状

1.3.1 国内外疲劳裂缝研究现状

1.3.2 正交异性钢桥面板铺装研究现状

1.4 研究内容及论文结构

第二章钢箱梁裂缝成因分析

2.1 病害检测

2.1.1 主梁裂缝检测

2.1.2 铺装层病害检测

2.2 车流量信息调查

2.3 整体内力分析

2.3.1 几何非线性基本理论

2.3.2 整体结构计算分析

2.3.3 伸缩缝对桥面板受力的影响

2.4 局部应力分析

2.4.1 有限元模型对比

2.4.2 轮载作用下桥面板应力分布特征

2.5 焊接残余应力的影响

2.6 本章小结

第三章结构疲劳与断裂理论

3.1 疲劳损伤机理

3.1.1 疲劳破坏特征

3.1.2 疲劳破坏机理

3.2 疲劳的基本概念

3.2.1 交变应力

3.2.2 疲劳强度和疲劳极限

3.2.3 S-N曲线

3.3 结构疲劳寿命计算相关概念

3.3.1 线性疲劳累积损伤理论

3.3.2 雨流计数法

3.3.3 等效应力幅

3.4 本章小结

第四章钢箱梁U肋与桥面板连接处焊缝疲劳分析

4.1 铺装层对桥面板疲劳寿命的影响

4.1.1 考虑铺装层的桥面板模型建立

4.1.2 铺装层对桥面板受力性能的影响

4.2 车辆荷载模拟

4.2.1 疲劳荷载的模拟形式

4.2.2 疲劳车模型及加载方式

4.3 考虑铺装层的桥面板疲劳寿命计算

4.3.1 疲劳分析基本方法

4.3.2 U肋与桥面板连接处焊缝疲劳寿命计算

4.4 本章小结

第五章正交异性钢桥面板疲劳裂缝的处治对策

5.1 影响结构疲劳的主要因素

5.1.1 材料影响

5.1.2 应力幅特征

5.1.3 缺口效应

5.1.4 尺寸效应

5.2 正交异性钢桥面板疲劳开裂的处治对策

5.2.1 疲劳开裂后的处理

5.2.2 疲劳开裂前的预防

5.3 新型铺装体系处治对策研究

5.3.1 ECC对桥面板疲劳寿命的影响

5.3.2 ECC疲劳分析

5.4 本章小结

第六章结论及展望

6.1 主要结论

6.2 建议与展望

致谢

参考文献

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