局部腐蚀对钢管拱肋极限承载力的影响的试验研究与有限元分析

发布时间：2017-06-08 13:03

  本文关键词：局部腐蚀对钢管拱肋极限承载力的影响的试验研究与有限元分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：拱桥在中国有着悠久的历史。由于其结构形式多样、造型美观、刚度较大等特点,长期以来是中国主要桥型之一,即使在桥型选择日益丰富的近30年大建设时期,拱桥在中国仍有大量的修建,并在设计、施工等方面取得了举世瞩目的成绩。然而,在桥梁服役期间,许多钢拱桥已出现了病害,钢材锈蚀已然严重威胁桥梁的耐久性,对其腐蚀后剩余承载力的研究应该引起足够的重视。本文基于钢拱桥的腐蚀病害,开展了以下研究工作:(1)为了探讨腐蚀对钢管拱肋极限承载力的影响,设计了4根圆钢管拱肋模型,采用钢管局部环向壁厚变薄的方式模拟局部腐蚀,利用面内五点对称加载方式进行承载力试验,量测加载全过程的荷载、位移及应变数据,并对试验结果进行了对比分析。试验结果表明,当腐蚀面积和腐蚀深度相同时,吊杆—拱肋连接处腐蚀相比拱顶处的腐蚀,吊杆—拱肋连接处的腐蚀对整体承载力的影响更大,吊杆与拱肋连接处腐蚀的极限承载力相比拱顶处的腐蚀的极限承载力下降约8%;未腐蚀的钢管拱肋的极限承载力相比有局部腐蚀的钢管拱肋的极限承载力低,其钢管实际壁厚与钢管设计壁厚存在较大误差对该极限承载力的试验结果影响较大。(2)在试验研究的基础上,利用有限元软件ABAQUS建立试验构件的三维有限元模型,对试验构件进行数值模拟分析。该有限元模拟分析考虑了几何、材料双重非线性对试验钢管拱肋承载能力的影响。将有限元计算结果与试验结果进行了对比分析,验证有限元模拟计算的正确性、合理性,并分析两者存在误差的原因,为后续试验研究及有限元计算提供借鉴。基于有限元计算结果,对钢管拱肋试件的荷载—变形关系进行了分析,深入研究了腐蚀后的钢管拱肋在受力过程中的应力—应变分布及其变化规律。(3)在前述研究的基础上,利用有限元软件ABAQUS建立不同腐蚀工况的钢管拱肋模型,对其进行了非线性分析。在局部腐蚀情况下,研究了腐蚀部位、腐蚀面积、腐蚀深度等参数对钢管拱肋在面内半跨荷载下极限承载力的影响规律。
【关键词】：钢管拱肋 极限承载力 腐蚀 试验 有限元
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 课题背景11-16
• 1.1.1 钢管拱桥发展概述11-14
• 1.1.2 钢拱桥和钢管混凝土拱桥病害概述14-16
• 1.2 相关课题研究现状16-21
• 1.2.1 钢拱桥和钢管混凝土拱桥极限承载力的研究现状16-18
• 1.2.2 钢材腐蚀后力学性能研究18-20
• 1.2.3 钢管混凝土的数值模拟20-21
• 1.3 研究意义21
• 1.4 本文的工作21-23
• 第二章 局部腐蚀对钢管拱肋极限承载力的影响的试验研究23-43
• 2.1 试验目的23
• 2.2 金属材料拉伸试验23-26
• 2.2.1 试验材料与试样尺寸23-24
• 2.2.2 拉伸试验过程24-25
• 2.2.3 钢材的本构关系模型25-26
• 2.3 试验模型和制作26-29
• 2.4 试验方案29-32
• 2.4.1 试验加载装置和试验方法29-30
• 2.4.2 量测内容及测点布置30-32
• 2.5 试验全过程及现象32-35
• 2.5.1 试验全过程32-33
• 2.5.2 破坏过程及破坏形态33-35
• 2.6 试验结果及分析35-42
• 2.6.1 不同模型拱测点的荷载—位移曲线35-37
• 2.6.2 荷载—应变曲线37-39
• 2.6.3 挠度分析39-42
• 2.7 本章小结42-43
• 第三章 局部腐蚀对钢管拱肋极限承载力的影响非线性有限元分析43-61
• 3.1 非线性分析43-44
• 3.2 ABAQUS有限元分析模型的建立44-46
• 3.2.1 材料的本构关系模型44
• 3.2.2 有限元模型的建立44-45
• 3.2.3 单元选取45
• 3.2.4 边界条件和加载方式45-46
• 3.3 结构几何缺陷46-47
• 3.4 有限元计算结果与试验结果的对比分析47-58
• 3.4.1 荷载—位移曲线分析47-54
• 3.4.2 有限元受力机理分析54-58
• 3.5 本章小结58-61
• 第四章 半跨荷载下局部腐蚀对钢管拱肋极限承载力的影响有限元分析61-79
• 4.1 引言61
• 4.2 空钢管拱肋腐蚀模型61-62
• 4.3 加载方式62-63
• 4.4 计算工况和计算结果63-78
• 4.5 本章小结78-79
• 第五章 结论与展望79-81
• 5.1 主要结论79-80
• 5.2 进一步研究的建议80-81
• 参考文献81-85
• 致谢85

【参考文献】

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本文编号：432563