基于残余应力的钢—混结合梁斜拉桥锚拉板疲劳特征研究

发布时间：2020-08-05 09:47

【摘要】：锚拉板结构作为斜拉桥索梁锚固构件,传力机理复杂,在车辆交变荷载作用下的疲劳问题一直是研究热点。焊接加工时产生的残余应力将使得锚拉板疲劳问题更为复杂。而目前国内外针对锚拉板结构疲劳性能的研究较为单一,关于焊接残余应力对锚拉板疲劳特征的影响研究还较少。因此,文章以兰州西固黄河大桥为工程背景,结合有限元分析和试验研究两类方法开展了焊接残余应力对锚拉板结构疲劳特征影响的研究。首先,基于有限元分析和模型试验相结合的方法研究了锚拉板试件的焊接残余应力与结构疲劳性能,采用磁测法测量了锚拉板试件焊接残余应力并总结了焊接残余应力对锚拉板试件疲劳特性的影响机理。研究结果表明:有限元分析获得的锚拉板试件焊接残余应力值和疲劳强度与试验测量所得数据基本一致,即验证了数值分析方法的准确性。此外,锚拉板试件制作时残留的焊接残余应力将导致结构疲劳荷载幅值和等效应力幅值随之改变。因此,疲劳荷载作用下锚拉板模型疲劳累积损伤值和疲劳寿命也随之发生变化。其次,采用数值模拟方法研究了不同焊接残余应力状态下锚拉板试件的疲劳强度与寿命。结果表明,随着锚拉板结构焊接残余应力的增加,结构疲劳强度将随之降低,疲劳寿命也将随之减少,且焊接残余应力和模型材料疲劳强度之间基本保持线性关系。同时,依据数值模拟结果最终建立了焊接残余应力状态下锚拉板试件疲劳强度预测模型。最后,基于Monte-Carlo模拟法得到兰州西固大桥代表锚拉板关键点应力时程曲线,并通过雨流计数法和Goodman模型统计分析得到有焊接残余应力和无焊接残余应力状态下的应力谱。在此基础上,依据Miner准则研究了锚拉板疲劳寿命。结果表明,正常运营状态下锚拉板应力幅值基本上维持在一定幅度范围之内,且均小于锚拉板材料的屈服强度。同时,仅考虑车辆荷载循环作用以及结构焊接残余应力时,锚拉板关键点疲劳寿命均满足桥梁设计年限要求,但焊接残余应力对锚拉板结构疲劳寿命影响较大,在实际工程中需要予以重视。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.27
【图文】：

钢锚箱,耳板

了耳板式连接。耳板式主要包括以下特点：螺栓栓接耳板安装在主梁腹板外，将其外形加工为楔形以适应所有锚拉板的倾斜角度；但是外伸耳板则需要安装其他装置调节倾斜角度。因为拉索距离桥面位置较远并且能随着销轴产生转动，因此无法固定减震阻尼器。同时，耳板上方存在圆形小孔将引起应力集中现象，耳板钢材的强度要求极高。耳板式虽然不美观，但是结构非常简单，方便安装和维修养护。

耳板,筒式

筒式,锚拉板

锚筒式是将钢管焊接于桥梁主梁腹板之上，拉索穿入钢管并用锚头锚固于这根钢管底部，锚筒式结构组成主要包括：锚筒、上盖板、下盖板和加劲肋板，如图1-3。斜拉索穿过锚筒固定于锚筒底部，索力通过锚筒由上至下扩散至腹板。锚筒式主要适用于单股斜拉索，汕头磐石大桥，日本的名港中央大桥和生口大桥均选用了此类锚固型式。锚筒式主要包括以下特点：选用楔形承压板以满足斜拉索倾斜角度；锚头裸露在主梁底部，检修与养护比较困难；锚筒式结构对钢材类型要求较低，普通桥梁钢便可满足要求。（4）锚拉板式1986 年，当时世界最大斜拉桥加拿大安纳西斯桥的设计过程中，工程师将拉索的受拉构件焊接在主梁的上翼缘上，用对接焊将上翼缘的另一面与腹板连接起来，该构造即锚拉板的雏形。锚拉板式主要包含以下构件：锚筒、承压板、锚拉板和加劲肋板，详见图 1-4。锚拉板和主梁之间的焊接位置应当增大板厚并?

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