大跨悬索桥复杂受力部位的疲劳裂纹分析与数值模拟

发布时间：2017-08-29 21:38

  本文关键词：大跨悬索桥复杂受力部位的疲劳裂纹分析与数值模拟

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【摘要】：钢桥复杂受力部位在长期往复车辆荷载的作用下,往往会出现疲劳损伤的不断累积和疲劳裂纹的扩展,不仅会造成后期维修加固费用的浪费,而且可能在没有明显征兆的情况下引发结构连接部位的断裂破坏,危及结构安全运营。本文针对大跨悬索桥典型复杂受力部位(索梁锚固区、中央扣区域),研究了车辆荷载作用下相关连接构造的疲劳损伤机理,并对其疲劳寿命进行了评估,所完成的主要工作如下：(1)建立了包含有限元模型、车辆荷载模型以及基于S-N曲线的疲劳寿命评估流程的面向疲劳状态评估的数值模型。利用通用有限元程序ANSYS建立了桥梁整体有限元模型和索梁锚固区、中央扣区域局部精细化模型,根据实测数据对桥梁整体有限元模型进行了校核,并基于子模型衔接整体模型和局部精细模型；通过桥梁收费系统的实测数据,建立了一个包含车辆类型、横向车道分布、轴重、轴距信息的精细化车辆荷载概率模型；结合有限元分析和车辆荷载概率模型,以及基于S-N曲线的疲劳寿命评估公式,给出概率有限元疲劳寿命评估流程。(2)分析了索梁锚固区相关构造的疲劳开裂原因,并对其疲劳寿命进行了评估。通过对索梁锚固区开裂情况的统计分析,研究了斜顶板球扁钢加劲肋与承力板的连接、斜顶板与吊耳板连接的裂纹形态、分布特点及扩展规律。通过有限元分析,研究了索梁锚固区的传力特征,对应力集中区域的应力状态进行了分析,探讨了斜顶板加劲肋与承力板的连接、斜顶板与吊耳板连接的开裂原因；,在此基础上,对索梁锚固区域相关应力集中区域进行了寿命评估；最后基于索梁锚固区受力特征,给出了索梁锚固区一种构造优化方案。(3)分析了中央扣区域的受力特征,并对其相关构造细节的疲劳寿命进行了评估。通过有限元分析,研究了中央扣区域的受力特征,并对造成相关构造细节应力集中的原因进行了探讨；在此基础上,通过概率有限元分析,对中央扣区域的应力集中构造进行了寿命评估；最后基于中央扣受力特征,给出了中央扣区域一种构造优化方案。
【关键词】：大跨悬索桥 索梁锚固区 中央扣 疲劳裂纹 疲劳寿命评估
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.4;U448.25
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 选题背景9-12
• 1.2 国内外研究进展与现状12-15
• 1.2.1 钢桥疲劳问题的研究进展12-13
• 1.2.2 钢桥疲劳寿命评估研究概况13-14
• 1.2.3 疲劳车辆荷载模型14-15
• 1.3 大跨悬索桥典型复杂受力部位研究现状15-16
• 1.3.1 索梁锚固结构15-16
• 1.3.2 中央扣结构16
• 1.4 本文的主要研究内容16-17
• 第二章 面向疲劳状态评估的数值模型17-30
• 2.1 工程概况17-18
• 2.2 有限元模型18-22
• 2.2.1 桥梁整体模型18-19
• 2.2.2 建模中的几个关键问题19
• 2.2.3 整体模型模态分析19-20
• 2.2.4 基于成桥静载试验的有限元模型验证20-22
• 2.2.5 子模型方法22
• 2.3 精细化车辆荷载概率模型22-27
• 2.3.1 车辆荷载统计22-26
• 2.3.2 精细化车辆荷载概率模型26-27
• 2.4 基于概率有限元的疲劳寿命评估27-29
• 2.4.1 基于S-N曲线的疲劳寿命评估公式27
• 2.4.2 基于概率有限元的疲劳寿命评估流程27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 索梁锚固区疲劳开裂分析30-44
• 3.1 索梁锚固区的构造介绍30-32
• 3.2 裂纹统计与分析32-34
• 3.2.1 裂纹A的裂纹统计32-33
• 3.2.2 连接B的裂纹统计33-34
• 3.3 索梁锚固区受力特征与疲劳开裂机理分析34-40
• 3.3.1 索梁锚固区整体受力特征35-36
• 3.3.2 连接A应力分析36-38
• 3.3.3 小开孔区域应力分析38-40
• 3.4 基于概率有限元的疲劳寿命评估40-42
• 3.5 索梁锚固区的构造优化42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 中央扣受力特征及疲劳性能分析44-59
• 4.1 中央扣构造44
• 4.2 中央扣的局部精细模型44-45
• 4.3 中央扣的受力特征45-52
• 4.3.1 中央扣杆件受力特征45-47
• 4.3.2 中央扣区域整体受力特征47-48
• 4.3.3 中央扣的应力集中区域48-52
• 4.4 基于概率有限元的疲劳寿命评估52-54
• 4.5 小箱室横隔板失效对中央扣区域的影响54-56
• 4.5.1 中央扣区域整体受力特征54-56
• 4.5.2 小开孔区域应力分析56
• 4.6 中央扣区域的构造优化56-58
• 4.7 本章小结58-59
• 第五章 总结与展望59-61
• 5.1 研究总结59-60
• 5.1.1 建立面向疲劳状态评估的数值模型59
• 5.1.2 索梁锚固区裂纹分布及疲劳开裂分析59-60
• 5.1.3 中央扣受力特征及疲劳特性分析60
• 5.2 研究展望60-61
• 参考文献61-64
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文64-65
• 致谢65

【参考文献】

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本文编号：755584