济南黄河公铁两用桥钢拉杆锚固形式节点试验与理论研究

发布时间：2017-07-04 01:06

  本文关键词：济南黄河公铁两用桥钢拉杆锚固形式节点试验与理论研究

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【摘要】：青太高速铁路是煤运南通道的重要组成部分,属于中国客运专线“四纵四横”建设战略中一横。石济客运专线是在青太高速铁路中处于承上启下的重要组成部分,其中济南黄河公铁两用桥为石济铁路客运专线济南段重点控制工程。济南黄河公铁两用桥(128+3×180+128)m采用了刚性悬索加劲弦连续钢桁梁的结构形式,这种结构在国内公铁两用桥上属于首次应用。该桥首次设计和采用钢拉杆锚固形式节点,即刚性悬索加劲弦及其吊杆采用整体节点的连接方式。整体节点连接具有施工方便,受力性能好等优点。然而,目前国内缺乏对于该类节点的静力和疲劳性能的试验和理论研究。为确保济黄黄河公铁两用桥刚性悬索加劲弦结构的运营安全,需要开展对钢拉杆锚固形式节点的静力性能和疲劳性能的试验和理论研究。本文的研究将为济南黄河公铁两用桥的设计优化和安全施工提供科学依据。本文开展了如下研究工作：(1)为开展钢拉杆锚固形式节点的静力和疲劳试验研究,提出了比例为1：1的足尺试验模型的设计方案,研发了相适应的大型自平衡加载装置,并针对此试验设计了加载和测试方案。(2)开展了钢拉杆锚固形式节点静力试验,研究了该节点在设计荷载下传力路径和应力分布。试验结果表明,钢拉杆锚固形式节点的静力性能是安全可靠的。(3)开展了钢拉杆锚固形式节点疲劳试验和破断试验,研究了该节点在疲劳循环荷载下的破坏情况。试验结果表明,钢拉杆锚固形式节点在200万次循环荷载后没有损坏,依然具有3.62倍的安全系数。(4)开展了钢拉杆锚固形式节点的静力模拟,确定了有限元模型的材料本构关系模型,以及复杂的加载方式和边界条件,比较了有限元计算结果和静力试验结果。结果表明,钢拉杆锚固形式节点在设计荷载下的静力性能是安全可靠的。(5)开展了钢拉杆锚固形式节点的疲劳性能评估,分别应用了名义应力法和等效结构应力法对该节点的焊缝疲劳性能进行了评估,并用FE-SAFE软件进行了疲劳寿命估算。结果表明,钢拉杆锚固形式节点的抗疲劳设计是安全可靠的。
【关键词】：钢拉杆锚固 节点 静力 疲劳 等效结构应力法
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-17
• 第1章 绪论17-25
• 1.1 研究背景及意义17-20
• 1.2 钢拉杆锚固形式节点20-21
• 1.3 钢桥节点静力试验研究现状21-22
• 1.4 钢桥节点疲劳试验研究现状22-24
• 1.5 研究的主要内容24-25
• 第2章 焊接钢结构疲劳性能及评估方法25-31
• 2.1 疲劳破坏的概念及破坏特征25
• 2.1.1 疲劳的概念25
• 2.1.2 疲劳破坏的特征25
• 2.2 S-N疲劳曲线25-26
• 2.3 疲劳寿命的评估方法26
• 2.4 名义应力法26-27
• 2.4.1 名义应力谱确定27
• 2.4.2 焊接接头的S-N曲线确定27
• 2.4.3 疲劳计算27
• 2.5 等效结构应力法27-30
• 2.5.1 等效结构应力法的特点28
• 2.5.2 网格不敏感结构应力的计算方法28-30
• 2.5.3 等效结构应力转化30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 钢拉杆锚固形式节点试验的模型设计31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 试验内容和试验目的31
• 3.3 试验模型设计与制作31-33
• 3.4 试验加载系统33-36
• 3.5 试验加载方案36
• 3.6 试验测试方案36-39
• 3.7 材性试验39-40
• 3.8 本章小结40-41
• 第4章 钢拉杆锚固形式节点试验的测试分析41-53
• 4.1 引言41
• 4.2 静力试验数据分析41-45
• 4.2.1 试验过程41
• 4.2.2 加劲弦应变分析41-43
• 4.2.3 加劲弦与钢拉杆连接区域应变分析43-45
• 4.2.4 静载试验钢拉杆应变分析45
• 4.3 疲劳中静载试验结果分析45-48
• 4.3.1 试验过程描述45-46
• 4.3.2 试验结果分析46-48
• 4.4 破断试验结果分析48-52
• 4.4.1 试验过程描述48-49
• 4.4.2 试验结果分析49-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 钢拉杆锚固形式节点静力性能分析53-69
• 5.1 引言53
• 5.2 有限元分析模型53-57
• 5.2.1 基本假定54
• 5.2.2 材料的本构关系模型54-55
• 5.2.3 单元的选取和网格划分55-56
• 5.2.4 加载方式、边界条件和方程求解56-57
• 5.3 试验应力分析方法57-58
• 5.4 试验验证58-60
• 5.4.1 应力结果比较58-59
• 5.4.2 位移59-60
• 5.5 静力试验应力应变分析60-67
• 5.5.1 试件整体应力分布60-64
• 5.5.2 节点核心区正应力分布64-66
• 5.5.3 节点核心区剪切应力分布66-67
• 5.6 本章小结67-69
• 第6章 钢拉杆锚固形式节点疲劳性能分析69-86
• 6.1 引言69
• 6.2 建立带焊缝细节的有限元模型69-70
• 6.3 基于名义分析法的疲劳性能评估70-71
• 6.3.1 名义应力法相关公式70
• 6.3.2 焊缝疲劳验算70-71
• 6.4 FE-SAFE及其Verity模块简介71-72
• 6.5 基于等效结构应力的疲劳分析72-82
• 6.6 基于FE-SAFE软件的疲劳安全性能评价82-85
• 6.6.1 基本设置82
• 6.6.2 疲劳寿命估算82-85
• 6.7 本章小结85-86
• 第7章 结论与建议86-88
• 7.1 本文的结论86
• 7.2 本文的建议86-88
• 参考文献88-91
• 攻读硕±学位期间的学术活动及成果情况91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 程斌;钱沁;黄仁锋;;部分内填混凝土钢桁梁焊接整体节点试验[J];中国公路学报;2013年03期

2 周凌宇;贺桂超;;大跨度钢-混凝土组合桁架铁路桥端节点模型试验研究[J];土木工程学报;2012年01期

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4 武奇;邱惠清;王伟生;;基于结构应力的焊接接头疲劳分析[J];焊接学报;2009年03期

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本文编号：515794