斜拉桥索塔整体式钢锚箱疲劳性能研究及设计优化

发布时间：2017-06-09 01:06

  本文关键词：斜拉桥索塔整体式钢锚箱疲劳性能研究及设计优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：斜拉桥是一种由斜拉索作为支承点的多点弹性支承高次超静定结构,主梁自重,桥面系以及交通活载均由斜拉索传递至索塔。交通活载的循环反复作用使斜拉索在主梁端与索塔端的锚固处均出现相应的反复交变应力;而斜拉索在梁端与塔端的锚固越来越广泛地采用钢锚箱的形式,钢锚箱在反复交变应力作用下,钢材内部初始微细裂纹逐渐扩展,并且相互贯通,日积月累,最终可能导致破坏,这是我们常见的钢材疲劳破坏的基本原理。钢锚箱是斜拉桥的关键部件,它的正常工作关系到桥梁的安全,在反复交变应力作用下的钢材疲劳问题不容忽视。本文以一座拉索为辐射型布置的斜拉桥为工程背景,建立该桥全桥有限元模型和斜拉索在索塔处的整体钢锚箱细部模型,基于S-N曲线的名义应力法及Miner线性累计损伤理论,分析了索塔端整体式钢锚箱在汽车荷载作用和地震作用下的疲劳寿命以及疲劳损伤,本文的主要工作如下。1、基于大型有限元软件建立斜拉桥全桥有限元模型,计算分析了在标准疲劳车和地震作用下斜拉索索力时程曲线,同时计算分析了汽车的不同程度超载以及不同地震加速度峰值情况下拉索索力时程曲线,为钢锚箱疲劳计算提供数据支撑。2、运用细部分析有限元软件建立钢锚箱全尺寸细部模型,通过静力分析确定钢锚箱疲劳关注细节点;将1中得到的索力时程曲线带入细部模型,得到相应状态下的钢锚箱的各个细节的应力时程曲线。3、以各状态下钢锚箱关注细节点的应力时程为数据依据,并基于S-N曲线的名义应力法及Miner线性累计损伤理论,计算钢锚箱疲劳寿命及疲劳损伤。4、重点分析了在不同程度下的汽车超载,地震加速度峰值变化对钢锚箱疲劳强度的影响。提出将地震作用产生的损伤等效为标准疲劳车通行量的方式,评估地震对钢锚箱的影响。以帮助人们在桥梁运营期间发生地震后对钢锚箱这一关键构件疲劳强度的估计,并为管理与养护提供借鉴。5、根据疲劳分析结果提出增大钢锚箱部分板件厚度以及优化细部构造措施对钢锚箱进行优化设计以提高其疲劳强度,并评估优化方案的效果。
【关键词】：疲劳 钢锚箱 标准疲劳车 地震作用 对数疲劳寿命
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U448.27
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 预应力混凝土斜拉桥的发展概述9-11
• 1.2 斜拉索锚固结构的分类与应用11-14
• 1.2.1 预应力式锚固11-12
• 1.2.2 钢锚式锚固12-14
• 1.3 斜拉桥钢锚箱研究现状与存在的问题14-17
• 1.3.1 斜拉桥钢锚箱研究现状14-16
• 1.3.2 钢锚箱研究现阶段存在的问题16-17
• 1.4 本文的主要研究内容17-19
• 1.4.1 主要工作17-18
• 1.4.2 技术路线18-19
• 第二章 疲劳理论19-26
• 2.1 疲劳理论19-21
• 2.1.1 疲劳的基本概念19-20
• 2.1.2 变幅疲劳及疲劳累计损伤20-21
• 2.2 各国公路桥梁疲劳车模型21-25
• 2.3 疲劳分析的一般过程25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 汽车荷载作用下钢锚箱疲劳分析26-48
• 3.1 依托工程简介26-29
• 3.2 全桥有限元模型与钢锚箱模型的建立及受力分析29-30
• 3.2.1 全桥有限元模型的建立29
• 3.2.2 钢锚箱模型的建立29-30
• 3.3 标准汽车荷载作用下的钢锚箱疲劳计算30-38
• 3.3.1 疲劳荷载及荷载谱的确定30-31
• 3.3.2 标准疲劳车加载分析31-38
• 3.4 汽车超载对钢锚箱疲劳寿命的影响38-47
• 3.4.1 汽车超载对斜拉索索力的影响39-41
• 3.4.2 汽车超载作用下的疲劳细节应力变化41-45
• 3.4.3 汽车超载作用下疲劳细节疲劳寿命45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 地震作用下钢锚箱疲劳损伤分析48-63
• 4.1 全桥一致激励分析48-51
• 4.1.1 地震波的选取与输入48
• 4.1.2 全桥一致激励拉索锚固端加速度时程48-51
• 4.2 拉索多点激励分析51-57
• 4.2.1 大质量法的基本原理51-52
• 4.2.2 拉索多点激励分析结果52-57
• 4.3 钢锚箱关注细节疲劳损伤计算57-58
• 4.4 不同地震加速度对钢锚箱疲劳损伤的影响58-61
• 4.5 本章小节61-63
• 第五章 钢锚箱结构设计优化63-76
• 5.1 增大部分板件厚度63-68
• 5.1.1 增大部分构件厚度对汽车荷载作用下的疲劳强度影响64-66
• 5.1.2 增大部分构件厚度对地震作用下的疲劳损伤影响66-68
• 5.2 优化细部构造68-75
• 5.2.1 优化细部构造对汽车荷载作用下疲劳强度影响69-73
• 5.2.2 优化细部构造对地震作用下疲劳损伤影响73-75
• 5.3 本章小结75-76
• 结论与展望76-78
• 结论76-77
• 展望77-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士期间取得的研究成果81-82
• 致谢82

【参考文献】

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本文编号：434113