斜拉索在风—车荷载及覆冰作用下的腐蚀疲劳研究

发布时间：2022-12-10 20:13

　　斜拉桥在实际服役过程中,容易遭受风-车荷载的作用,加之拉索覆冰且长期暴露于含有腐蚀性的环境中,拉索极易发生腐蚀疲劳破坏,其本质是拉索内钢丝的腐蚀疲劳断裂,使斜拉索承载能力降低。研究表明,斜拉桥寿命一般取决于斜拉索的寿命。因此,探讨斜拉索钢丝在风、车荷载及覆冰作用下的腐蚀疲劳研究可以保证斜拉桥在服役期间拉索的安全可靠度,同时也可以对拉索的腐蚀疲劳寿命进行预测,得到最佳的换索时间,最大限度的延长拉索的使用寿命。本文以武汉某斜拉桥为工程背景,建立斜拉桥有限元模型,并施加随机风载、车载及覆冰作用,得到拉索的实际受力状态;然后建立拉索钢丝的有限元模型,分析拉索钢丝在点蚀及裂纹作用下的腐蚀疲劳寿命;设计了一种拉索钢丝的室内加速腐蚀试验,并对腐蚀后拉索钢丝进行疲劳试验,和有限元结果进行对比分析。具体内容如下:（1）概述了近年来由于拉索腐蚀而进行的换索工程;对国内外拉索的腐蚀试验、拉索钢丝的腐蚀疲劳寿命现状及斜拉索的腐蚀疲劳寿命现状进行了总结。（2）详细阐述了斜拉索钢丝的腐蚀疲劳机理,分析斜拉索钢丝点蚀扩展模型及裂纹成核模型,重点解释了拉索钢丝的裂纹扩展模型,为计算拉索钢丝的腐蚀疲劳寿命提供依据。（3... 

【文章页数】：98 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 拉索腐蚀试验研究现状
        1.2.2 斜拉索钢丝疲劳寿命研究现状
        1.2.3 斜拉索疲劳寿命研究现状
    1.3 本文主要研究内容
    1.4 本文主要技术路线
第二章 拉索钢丝腐蚀疲劳理论分析
    2.1 腐蚀疲劳的基本概念
    2.2 拉索钢丝腐蚀疲劳研究
        2.2.1 拉索钢丝应力腐蚀过程
        2.2.2 拉索钢丝腐蚀疲劳机理
    2.3 腐蚀疲劳点蚀扩展与裂纹成核模型
        2.3.1 点蚀扩展模型
        2.3.2 裂纹成核与起始寿命
    2.4 三维裂纹扩展理论基础
        2.4.1 工程裂纹的分类
        2.4.2 裂纹尖端的应力场
        2.4.3 裂纹尖端应力强度因子
    2.5 腐蚀疲劳裂纹扩展理论研究
        2.5.1 腐蚀疲劳裂纹扩展模型
        2.5.2 腐蚀疲劳裂纹扩展阈值
        2.5.3 腐蚀疲劳裂纹扩展速率
        2.5.4 腐蚀疲劳裂纹扩展寿命
    2.6 本章小结
第三章 无腐蚀环境下拉索的疲劳可靠度研究
    3.1 斜拉桥的自振特性分析
        3.1.1 斜拉桥有限元模型
        3.1.2 斜拉桥的模态分析
    3.2 风荷载在桥梁模型中的加载方式
        3.2.1 谐波叠加法生成风速时程
        3.2.2 斜拉桥脉动风场的模拟
    3.3 车荷载在桥梁模型中的加载方式
        3.3.1 随机车队生成流程
        3.3.2 斜拉桥随机车载的模拟
    3.4 覆冰作用在桥梁模型中的加载方式
        3.4.1 拉索自激振动原理
        3.4.2 斜拉桥覆冰作用的模拟
    3.5 无腐蚀条件下拉索的疲劳可靠度研究
        3.5.1 拉索疲劳可靠度基本原理
        3.5.2 斜拉索应力谱计算
        3.5.3 斜拉索的疲劳可靠度分析
    3.6 本章小结
第四章 拉索钢丝点蚀寿命分析
    4.1 拉索钢丝室内加速腐蚀试验研究
        4.1.1 试验方案
        4.1.2 室内加速腐蚀试验结果及分析
    4.2 拉索点蚀有限元模型的建立
        4.2.1 点蚀坑形貌及尺寸统计
        4.2.2 点蚀坑建模方法
        4.2.3 点蚀坑的应力集中系数数值分析
        4.2.4 仿真内容分析
    4.3 仿真结果分析
        4.3.1 点蚀坑深度对钢丝等效应力的影响
        4.3.2 点蚀坑宽深比对钢丝等效应力的影响
        4.3.3 点蚀坑间距对钢丝等效应力的影响
    4.4 点蚀坑扩展寿命计算
        4.4.1 拉索钢丝镀锌层腐蚀阶段
        4.4.2 拉索钢丝基体腐蚀阶段
    4.5 本章小结
第五章 拉索钢丝的疲劳试验及裂纹扩展寿命模型
    5.1 拉索腐蚀钢丝疲劳试验研究
        5.1.1 试验设备与方案
        5.1.2 疲劳试验结果分析
        5.1.3 疲劳断口分析
    5.2 腐蚀钢丝裂纹扩展有限元模拟
        5.2.1 拉索钢丝裂纹强度因子研究
        5.2.2 拉索钢丝裂纹扩展寿命分析
        5.2.3 腐蚀后拉索钢丝的疲劳寿命评估模型
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的论文
攻读学位期间参研的项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]平行钢丝斜拉索疲劳性能评定Ⅱ:斜拉索疲劳寿命模型[J]. 兰成明,任登路,徐阳,李娜,刘志强.  土木工程学报. 2017(07)
[2]平行钢丝斜拉索疲劳性能评定Ⅰ:钢丝疲劳寿命模型[J]. 兰成明,徐阳,任登路,李娜,刘志强.  土木工程学报. 2017(06)
[3]车辆荷载作用下斜拉索疲劳可靠度分析[J]. 殷志祥,高哲,冯瑶.  工业建筑. 2017(06)
[4]钢丝裂纹扩展估算模型及其在预腐蚀疲劳寿命计算中的应用[J]. 郑祥隆,谢旭,李晓章,钱利芹,申永刚.  土木工程学报. 2017(03)
[5]三维覆冰斜拉索风致振动驰振分析[J]. 谭冬梅,王凯丽,瞿伟廉,韩玲,高远志.  振动与冲击. 2016(07)
[6]拱桥吊杆锈蚀高强钢丝疲劳性能试验研究[J]. 李晓章,谢旭,潘骁宇,孙文智,朱汉华.  土木工程学报. 2015(11)
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[8]基于临界域法的桥梁钢丝腐蚀疲劳寿命[J]. 叶华文,黄云,王义强,强士中.  西南交通大学学报. 2015(02)
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博士论文
[1]腐蚀疲劳点蚀演化与裂纹扩展机理研究[D]. 黄小光.上海交通大学 2013
[2]桥梁拉（吊）索损伤后力学分析及安全评价[D]. 徐宏.长安大学 2008

硕士论文
[1]腐蚀对桥梁缆索用镀锌钢丝力学性能的影响[D]. 孙文.哈尔滨工业大学 2016
[2]锈蚀分级下平行钢丝的疲劳强度试验研究及数值分析[D]. 侯晓旦.南京林业大学 2015
[3]桥梁结构环境/荷载耦合作用加速试验方法与设备体系研究[D]. 李蔚兴.重庆交通大学 2015
[4]斜拉索腐蚀损伤与安全性能评定方法研究[D]. 钟力.重庆交通大学 2014
[5]交变应力与环境耦合作用下拉索腐蚀疲劳损伤机理研究[D]. 李涛.重庆交通大学 2014
[6]风和列车荷载作用下大跨桥梁动力分析[D]. 曹素功.湘潭大学 2014
[7]斜拉桥拉索腐蚀行为及使用寿命预测研究[D]. 梁雄.重庆交通大学 2008



本文编号：3717440