悬索桥合拢段关键钢构件疲劳分析的BIM研究及应用

发布时间：2020-05-27 10:57

【摘要】：基于钢材本身的各种属性,钢结构在基础设施建设中被广泛应用,我们可以将其视为理想弹塑性体。钢材的工业化程度高,可以在工厂按照标准批量生产,它抗震性能、气密水密性好。但是钢材在极大地应力作用下容易发生屈服,对于小于屈服应力的反复荷载,钢材有可能发生疲劳破坏,极端情况下可能出现断裂。钢材的断裂与混凝土材料不同,由于塑性形变极小,在断裂前没有明显的破坏征兆,这样就很容易造成基础设施破坏,同时对交通运输造成破坏,严重影响社会财产和人生安全。目前我国的桥梁养护维修有如下现状:重建轻养;缺少对计阶段、施工阶段所积累信息的集成;巡检计划的制定以项目施工计划为依据,缺乏科学性;巡检养护较为被动,无法有效做出故障识别及预测。本文搜集了大量国内外资料文献,发现悬索桥的事故率在众多桥梁类型中居高不下,而其合拢段是悬索桥中非常重要的部分。本文借鉴现有BIM技术及疲劳剩余寿命研究成果,在悬索桥全生命周期中对主要钢构件进行疲劳分析和健康管理。在BIM建模阶段,对不同部位不同构件的模型精细度进行规划设计;在施工和运营阶段,针对合拢段主要钢构件应力强度因子的解析解进行优化,并利用有限元软件进行裂纹扩展模拟,利用分析结果对疲劳断裂进行预测,并通过BIM技术进行管理。以某悬索桥合拢段为研究对象,根据施工阶段和运营阶段悬索桥的受力情况选择不同构件进行研究。通过信息收集、过滤、处理对故障进行诊断,并利用参数优化的Paris公式计算剩余寿命,并将分析处理后的信息上传至平台,最后通过BIM平台进行辅助管理。论文主要进行了如下内容的研究工作:1.利用BIM技术对建筑全生命周期管理进行设计规划,得出设计阶段、施工阶段、运营维护阶段的BIM管理路线。2.在BIM模型设计阶段,根据BIM应用总体规划对合拢段主要钢构件的模型精细度进行规划,以方便施工运营阶段模型应用。3.在施工阶段,对出现裂纹的悬索桥合拢段承重钢板进行疲劳分析,对应力强度因子进行优化,通过应力、位移分析进行验证,利用疲劳分析结果指导维修。4.在运营阶段,对出现裂纹的悬索桥合拢段吊杆进行屈服计算和疲劳分析,根据吊杆的几何特征,先对其几何修正参数进行计算,接着优化应力强度因子解析解并进行验证,将疲劳分析结果上传平台,指导维护计划的制定和现场维修。图53幅,表14个,参考文献70篇。
【图文】：

链杆,疲劳破坏,案例,庞德

学会（ＡＳＣＥ）统计，钢结构的破坏基本都源于构件的疲劳破坏［１］。逡逑对于很多己经使用多年的桥梁，其存在各种各样不同程度的损伤，造成损因多种多样，但主要产生于设计、施工、运营阶段，问题来源于材料本身缺因素，如荷载、自然灾害等。本文收集了国内外在施工运营阶段，由于构损坏、较多裂缝或损害而发生事故的桥梁案例。逡逑．１国内外桥梁疲劳破坏案例及主要原因分析逡逑自１９６７年起，美国和加拿大有大约５０多座悬索桥主要受力构件在使用出现了疲劳裂纹，并产生了脆性断裂［２］。美国庞德桥在服役１４年后，其上出现焊接疲劳裂缝；１５７号公路桥的链杆部分发生疲劳破坏，使得链杆断发现及时没有造成人员伤亡；１９６７年ＰｏｉｎｔＰｌｅａｓａｎｔ大桥ｉ丹塌，造成４６人死０７年密西西比大桥在下午交通高峰期由于主要承重钢构件断裂发生垮塌，死亡，多人受伤。１９９４年韩国圣水大桥坍塌，近５０米的钢桁架发生断裂，３２人死亡R%网晸。逡逑

钢构件,四川宜宾,密西西比,凤凰

裂发生垮塌，造成２４位游客受伤；２０１４年７月２２号，，甘肃陇南武都区便民钢桥逡逑坍塌；２０１４年４月云南河口吊桥由于荷载超标，钢构件断裂导致桥梁坍塌。逡逑图１－３宜宾市小南门桥坍塌逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｂｒｉｄｇｅ邋ｃｏｌｌａｐｓｅ逡逑这些桥梁事故案例非常多，宄其原因主要在于其承重的钢构件发生形变或是逡逑２逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U448.25

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