斜拉桥锚拉板疲劳性能试验研究

发布时间：2017-08-12 08:13

  本文关键词：斜拉桥锚拉板疲劳性能试验研究

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【摘要】：索梁锚固结构作为斜拉桥索力传递的重要组成部分,具有结构板件多、制作工艺复杂、焊缝集中等特点,是斜拉桥结构设计中的关键部位。随着大跨度钢斜拉桥的快速发展,对斜拉索与钢主梁的锚固结构提出了更高的要求。在钢-混斜拉桥中,常见的索梁锚固形式有钢锚管式、锚箱式、耳板式、锚拉板式四种,其中锚拉板式索梁锚固结构近年来在我国的桥梁建设中越来越多被采用。本文以乌江特大桥锚拉板式索梁锚固结构为背景,参考相关设计规范和国内相关研究,结合有限元分析和足尺模型疲劳试验,进行了以下一些研究工作:(1)对乌江特大桥进行整体有限元分析,确定了以斜拉索M14对应索梁锚固结构为试验研究对象。参考国内外相关规范和国内相关研究方法,确定了乌江特大桥锚拉板足尺模型疲劳试验的试验幅值。综合考虑了平均应力的影响,得到了疲劳荷载幅值的上下峰值。(2)以结构试验相似理论为依据,对比实桥节段有限元计算结果,反复试算确定了足尺模型的设计细节。根据试验模型的大小及试验要求,设计了疲劳试验方案。300万次疲劳加载后试验结果表明:足尺模型各部位均未发现疲劳裂纹,应力测试结果与有限元结构吻合良好,结构处于弹性工作状态,受力性能基本没有下降。(3)参考国内外相关设计规范,锚拉板疲劳性能均满足疲劳设计要求。在保证焊接质量、制作工艺的要求和正常养护的基础上,乌江特大桥的锚拉板结构在设计寿命内发生疲劳破坏的概率很小。(4)针对乌江特大桥的锚拉板形式进行受力分析:焊缝1、2以承受剪应力为主,且前段焊缝比较高效,前0.3L承担了约50%的剪力;对接焊缝3以拉剪应力为主,且分布均匀;锚拉板及加劲板厚度的增大对锚拉板应力水平有一定的改善;钢主梁腹板厚度的增大有助于降低对接焊缝的应力水平,但改善情况逐步递减;增加加劲板长度越过对接焊缝,有助于增大锚拉板横向刚度,增强抵抗面外变形能力,降低对接焊缝应力水平。
【关键词】：斜拉桥 锚拉板疲劳 足尺试验 疲劳性能 疲劳荷载 平均应力
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446.1;U448.27
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 斜拉桥概述11-12
• 1.2 常见锚固形式及特性12-18
• 1.2.1 斜拉索与混凝土主梁的锚固形式12-14
• 1.2.2 斜拉索与钢主梁的锚固形式14-18
• 1.3 锚拉板结构疲劳研究现状18-20
• 1.4 工程背景20-22
• 1.4.1 总体布置20-21
• 1.4.2 主梁结构布置21-22
• 1.4.3 索梁锚固结构22
• 1.5 研究内容及方法22-24
• 第2章 乌江特大桥整体计算及疲劳荷载计算24-34
• 2.1 概述24
• 2.2 乌江特大桥整体计算24-27
• 2.2.1 有限元模型的建立24-25
• 2.2.2 计算结果25-26
• 2.2.3 试验模型位置确定26-27
• 2.3 疲劳荷载计算27-33
• 2.3.1 按照《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）计算28
• 2.3.2 按照AASHTO计算28-30
• 2.3.3 按照BS5400计算30-31
• 2.3.4 国内类似锚固结构试验疲劳荷载的选取31
• 2.3.5 根据平均应力确定疲劳荷载峰值31-33
• 2.4 小结33-34
• 第3章 试验模型的设计34-46
• 3.1 概述34
• 3.2 结构试验理论34-38
• 3.2.1 试验相似定理34-36
• 3.2.2 试验相似要求36-38
• 3.3 实桥结构有限元分析38-40
• 3.3.1 ANSYS分析方案简介38-39
• 3.3.2 实桥锚拉板模型分析39-40
• 3.4 试验模型的简化40-42
• 3.4.1 试验模型的设计40-42
• 3.4.2 试验模型有限元分析42
• 3.5 计算结果对比42-45
• 3.6 小结45-46
• 第4章 疲劳试验方案设计46-56
• 4.1 概述46
• 4.2 疲劳试验加载方案46-49
• 4.2.1 加载系统的设计46-48
• 4.2.2 静力加载方案48
• 4.2.3 疲劳加载方案48-49
• 4.3 模型的制作及安装49-51
• 4.3.1 模型的制作49
• 4.3.2 模型的安装49-51
• 4.4 测试方案51-55
• 4.4.1 测点布置52-53
• 4.4.2 测试方法53-55
• 4.5 小结55-56
• 第5章 试验结果分析及可靠性研究56-79
• 5.1 概述56
• 5.2 试验结果分析56-64
• 5.2.1 试验位移结果56-57
• 5.2.2 试验静载结果57-59
• 5.2.3 荷载-应力关系59-60
• 5.2.4 试验结果与有限元理论值分析对比60-62
• 5.2.5 增大疲劳荷载幅值至 640k N62-64
• 5.3 锚拉板疲劳性能评价64-68
• 5.3.1 按照《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）验算64-65
• 5.3.2 按照美国AASHTO验算65-67
• 5.3.3 按照英国BS5400验算67-68
• 5.4 锚拉板式锚固结构受力探讨68-78
• 5.4.1 锚拉板传力机理研究68-70
• 5.4.2 锚拉板厚度对锚固结构受力影响70-72
• 5.4.3 加劲板厚度对锚固结构受力影响72-73
• 5.4.4 钢主梁腹板厚度对锚固结构受力影响73-74
• 5.4.5 面外荷载对锚固结构受力影响74-76
• 5.4.6 加劲板长度对锚固结构受力影响76-78
• 5.5 小结78-79
• 结论与展望79-81
• 参考文献81-84
• 致谢84-85
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录85

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本文编号：660584