连续钢箱梁桥正交异性板细部构造对其应力影响及疲劳寿命预测

发布时间：2020-05-25 14:16

【摘要】：正交异性钢桥面板以其材料利用率高、承载能力大、适用范围广、安装方便等优点而在国内外桥梁建设中广泛应用,但是其构造复杂性、众多的焊缝引起的疲劳问题突出。正交异性钢桥面板的盖板、纵肋和横隔板的连接处的受力复杂,很容易产生疲劳裂纹。横隔板挖孔形式和纵肋截面形式对桥面盖板、纵肋和横隔板连接处的应力分布有很大的影响。本文以某两跨连续钢箱梁桥为工程背景,针对横隔板的挖孔形式和纵肋的截面形式等构造细节,对正交异性板的应力分布进行了研究,并对其疲劳寿命进行了评估。本文具体的研究内容如下:(1)利用软件ANSYS建立不同横隔板挖孔形式和不同纵肋截面形式的正交异性钢桥面板有限元模型。在单轮荷载作用下,分析横隔板挖孔形式和纵肋截面形式对正交异性钢桥面板的盖板与纵肋、盖板与横隔板、横隔板与纵肋连接处的应力的影响。从而确定最优的横隔板挖孔形式和纵肋截面形式。(2)首先用Midas-civil建立全桥梁单元模型,对全桥进行静力荷载下受力分析,从而得到全桥模型中受力最不利的钢箱梁节段,然后运用子模型技术,基于整体模型生成ANSYS子模型边界条件。通过ANSYS建立了33m长的局部壳单元模型,通过比较纵横向不同的加载工况,从而确定关注点的最不利加载位置。采用中国《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)中的疲劳荷载模型III对该桥节段有限元模型进行加载计算。通过雨流计数法将加载得到的应力历程转化为应力谱,参照欧洲规范的疲劳寿命预测方法对节段模型中的5个疲劳关注点的疲劳寿命进行预测,说明该桥的疲劳设计寿命满足要求且具有一定的安全储备。将模型中选取的5个关注点在不同规范下疲劳车计算得到的最大疲劳幅对比,对比显示:中国疲劳车作用下的5个关注点的应力幅数值均最大,英国疲劳车其次,美国疲劳车最小。
【图文】：

1.1 正交异性钢桥面板的发展概况1.1.1 正交异性钢桥面板的发展历史桥梁是交通线的重要组成部分，，大跨度的桥梁则是交通运输的咽喉，需要大力发展桥梁建设，进而推动国民经济的发展[1]。钢结构桥梁由于质量轻、跨度大、强度高的优点，备受桥梁工程设计师们的青睐。而正交异性钢桥面板以其材料利用率高、承载能力大、行车舒适度好、适用范围广、安装方便、结构高度低等多个优点，在国内外桥梁建设中发挥着越来越重要的作用[2]。所谓正交异性钢桥面板是用纵横向互相垂直的加劲肋连同桥面盖板通过焊缝连接成一体，所组成的共同承受车轮荷载的结构。由于纵向加劲肋与横向加劲肋的刚度都不相同，被称为正交异性[3]。如图 1.1 所示。其中平行于顺桥向的加劲肋称为纵肋，平行于横桥向的加劲肋称为横肋。纵肋又分为开口肋和闭口肋两种形式。开口截面肋如图 1（a）所示，其优点是：便于工厂预制和后期维修。缺点是：抗扭惯性矩较小，纵横肋焊接的数目增多，焊接会导致残余变形较多。闭口截面肋如图 1.1（b）所示，与开口截面肋相比，闭口截面肋的抗扭惯性矩大、自重轻、焊接数量少，应用更广泛[4]。

图 1.2 德国 Feldcoeg 桥钢桥面板在二战中受损的很多桥梁需要修复，正交异性钢桥面板桥梁的钢材用量，解决了战后钢材紧缺的难题，因而在~60 年代，正交异性钢桥面板在大量新建和改建桥梁中肋正交异性钢桥面板，但是闭口肋已经有了苗头。箱型合桥面较宽的公路桥，所以箱型梁又迅速发展起来[8]。国建成了杜塞尔多夫诺伊斯桥。其采用钢正交异性板，翼缘，大幅度的降低了桥梁的用钢量，是当时唯一的一南斯拉夫的贝尔格莱德完成了萨瓦河桥的复建。新桥是61m+75m。国修建了 Zoobrucke 桥，该桥是采用正交异性板的连续小跨度为 73m，总跨径 597m，是当时世界上跨度最国修建了世界上第一座采用正交异性钢桥面板的悬索桥
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.213

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本文编号：2680277