山区柔性吊桥疲劳寿命分析

发布时间：2020-07-08 17:00

【摘要】：柔性吊桥所具有的特点使其更适用于经济水平相对落后、交通量相对较小、荷载等级相对低的地地区,因此我国西南山区对柔性吊桥的采用十分广泛。柔性吊桥作为悬索桥中的一种,以缆索结构作为其主要承重构件。悬索桥的缆索结构多采用钢材,而钢材易出现疲劳现象。相较于刚性悬索桥,柔性吊桥受力后容易发生变形,因此会更容易出现疲劳问题。疲劳问题会给悬索桥带来极大的安全隐患,这就需要对悬索桥的缆索结构进行疲劳寿命估算,以保证其在服役期内不会出现疲劳破坏而造成生命财产的损失。本文在已有研究的基础上以云龙丙栗桥(1-138m柔性吊桥)作为工程实例背景,对柔性吊桥的吊杆和主缆做了疲劳寿命分析。主要工作包括:(1)对大量资料进行归纳和整理,总结影响疲劳寿命和疲劳强度的重要因素,以及确定疲劳寿命的分析方法。(2)介绍国内外公路疲劳荷载谱的取值方法。根据工程实例所在区域的交通量调查及其他相关研究,确定工程实例的疲劳寿命分析中要用到的疲劳车辆荷载谱。(3)采用有限元软件对工程实例进行全桥建模,并加载疲劳车辆荷载谱进行疲劳车辆荷载的时程分析,确定出丙栗桥吊杆和主缆的疲劳危险部位,并得到危险部位的应力响应。(4)采用名义应力法和Miner理论,在考虑影响参数的基础上,对吊杆和主缆进行疲劳寿命估计,并对计算结果进行了简要分析。计算结果表明:吊杆的疲劳危险部位出现在与主缆链接的区域,桥塔附近的长吊杆的寿命最短;主缆的疲劳危险部位出现在锚固区域和桥塔顶部区域;柔性吊桥吊杆和主缆的疲劳寿命均比刚性吊桥要短。在日常监测、维护和检修应对疲劳危险部位着重注意。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441
【图文】：

曲线,缆索,细节,构件

在我国规范《公路钢结构桥梁设计规范》JTGD64-2015 第 13.2.2 条中对桥梁的缆索构件疲劳强度曲线做出了规定：图2.3 缆索构件的疲劳细节曲线表2.1 缆索构件的疲劳细节受拉构件类型疲劳细节（MPa）钢丝绳 150平行钢绞线束 160平行钢丝束 1602.3.2 全寿命分析方法全寿命分析法也可以称为名义应力法，是在众多抗疲劳设计方法中形成时间最早的一种。这种方法将 S-N 曲线作为基础的同时，结合疲劳累积损伤理论，并依照构件疲劳危险部位的应力集中系数和名义应力核算疲劳强度或计算疲劳寿命[19]。名义应力分析疲劳寿命的方法适合用于高周疲劳区，如果存在塑性应变，即低周疲劳区的疲劳寿命分析，应使用基于应变法。用名义应力法来对结构的疲劳寿命进行估算的做法一般有两种：一种是直接依据其相应的 S-N 曲线和构件的名义应力来估算此构件的疲劳寿命；另一种是已知材料的 S-N 曲

曲线,裂纹,形式

图 2.5 裂纹的 3 种形式中Ⅰ型为张开型，造成这种裂纹的拉应力 u 垂直于裂纹面；Ⅱ型为滑开型的切应力 v 与裂纹面平行且与裂纹前缘垂直；Ⅲ型为撕开型，造成这种裂时与裂纹面及裂纹前缘平行。此外还有复合型的裂纹，是上图中任意两种合。依照结构中裂纹所在之处的不同也可以对裂纹的形式进行分类：位于藏于构件内的裂纹和贯穿构件的裂纹。裂力学法与材料力学中的假定不同，后者假设固体材料具有均匀的连续性料中具有初始缺陷，既连续又间断[56]。采用断裂力学法估算构件的使用寿初始裂纹的平衡、裂纹的扩展速率及方向和裂纹的扩展失稳来进行。断裂材料都存在初始缺陷，这些缺陷会导致结构中裂纹产生，裂纹会在结构使最终使材料破坏，结构失效。断裂力学方法中也有描述材料和构件寿命的 K曲线，和 S-N 曲线不同的是：S-N 曲线描述的是疲劳裂纹如何萌生 K曲线描述了裂纹是如何发展的。 / K曲线可以在双对数坐标

模型图,疲劳荷载,模型,车道

第三章疲劳荷载谱和工程实欧洲规范中包含有 5 种疲劳车辆荷载模型，现简述如下：（1）模型 1包括双轴计中荷载和均布计中荷载两类局部体系。模型中轴载值为0.7 均布荷，表 3.2 中列出了荷载参考取值，图 3.5 是模型车辆的布置图。表 3.2 荷载标准值位置集中荷载（kN）均布荷载（kN/m2）编号 1 车道 300 9编号 2 车道 200 2.5编号 3 车道 100 2.5其它车道 0 2.5

【参考文献】