大跨度悬索桥主缆疲劳寿命研究

发布时间：2017-09-12 01:19

  本文关键词：大跨度悬索桥主缆疲劳寿命研究

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【摘要】：悬索桥、斜拉桥等索结构桥梁已经成为当今大跨度桥梁的首选桥型,给我们人类日常生活以及交通运输提供巨大的便利。而在索结构桥梁当中,缆索系统是整个索结构桥梁中的主要承重构件,其安全性、耐久性对于桥梁正常运营起到了至关重要的作用。因此,针对索结构桥梁缆索体系的安全性能,尤其是全寿命周期下的疲劳性能研究是十分必要的。本文主要的研究对象是大跨度悬索桥中主缆的疲劳性能和疲劳寿命的理论评估,具体的研究内容可以概括为如下几个方面：首先,桥梁结构在实际运营中所承受的车辆荷载是复杂、随机的,其造成应力的脉动也是复杂多变的,而实验室所能提供的加载方式是较为单一的。为了能够接近真实情况并有效地完成结构疲劳寿命的分析,就需要把桥梁结构所承受的真实荷载合理地简化为较为简单的荷载形式。根据实际交通量,得出车辆通过该桥的频率。本文结合国内外规范及依托工程地域特点,选取了三种合理、简便的疲劳车辆荷载(M1、M2、M3)。其次,利用有限元计算程序,分析澜沧江大桥主缆的初始线形,更真实的模拟桥梁主缆的初始状态。结合有限元程序分析结果,并结合当地交通情况,归纳出不同工况的疲劳荷载,计算出“最大应力幅”找出“最易疲劳位置”。这些结果将为接下来的疲劳性能以及疲劳寿命评估提供原始数据。然后,对主缆截面作连续介质假设。根据有限元全桥模型的分析结果,利用名义应力法和局部应力应变法,分别得出该桥主缆的总寿命和疲劳裂纹萌生寿命,(以索塔区域主缆为例,M3作用下总寿命2481590次(73.73年),疲劳裂纹萌生寿命202743次),提出相关理论计算模拟分析时各影响参数的取值建议。最后,最后研究主缆的疲劳裂纹扩展速率,计算出疲劳裂纹扩展寿命。结合总寿命和疲劳裂纹萌生寿命的计算结果,总结出适用于该桥主缆的疲劳裂纹扩展寿命计算公式,确定重要参数推荐值m=3,C=1.592×10-13,为日后大桥的疲劳性能与寿命验算提供定合理有效的计算数据支撑。
【关键词】：悬索桥 主缆 应力幅 疲劳裂纹萌生寿命 疲劳裂纹扩展寿命
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.4;U448.25
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 疲劳研究的发展历程12-13
• 1.2 索结构桥梁疲劳国内外研究现状13-14
• 1.3 本文工程背景及研究内容14-18
• 1.3.1 工程概况14-16
• 1.3.2 研究内容16-18
• 第二章 桥梁结构疲劳分析方法18-39
• 2.1 疲劳累积损伤理论18-21
• 2.2 疲劳寿命的估算方法21-23
• 2.2.1 名义应力法21-22
• 2.2.2 局部应力应变法22-23
• 2.3 悬索桥结构静力分析理论简介23-28
• 2.3.1 弹性理论24-26
• 2.3.2 挠度理论26-27
• 2.3.3 有限位移理论27-28
• 2.4 悬索桥主缆的连续介质假设28-31
• 2.4.1 主缆的防腐涂装层29-31
• 2.4.2 连续介质假设的基本内容与可行性分析31
• 2.5 索结构桥梁缆索系统疲劳裂纹形成和发展研究概况31-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第三章 主缆受力分析与疲劳应力幅计算39-55
• 3.1 主缆线形计算39-45
• 3.1.1 节线法39-41
• 3.1.2 确定主缆线形41-45
• 3.2 主缆各关键位置应力应变计算45-50
• 3.2.1 全桥模型主缆结构模拟45-46
• 3.2.2 疲劳荷载车辆的选取46-47
• 3.2.3 悬索桥主缆应力应变计算结果47-50
• 3.3 主缆疲劳应力幅计算50-54
• 3.3.1 主缆的疲劳应力幅50
• 3.3.2 车桥系统动力方程组50-52
• 3.3.3 疲劳应力幅分析结果52-54
• 3.4 本章小结54-55
• 第四章 主缆疲劳寿命经典理论估算55-68
• 4.1 引言55
• 4.2 主缆疲劳性能参数估计55-59
• 4.2.1 Manson-Coffin公式56
• 4.2.2 主缆疲劳性能参数估计方法56-58
• 4.2.3 利用Seeger算法估算主缆疲劳性能参数58-59
• 4.3 名义应力法估算主缆疲劳寿命59-65
• 4.3.1 计算主缆的等效应力幅59
• 4.3.2 考虑尺寸对疲劳强度的影响59-60
• 4.3.3 应力集中影响系数60-62
• 4.3.4 表面加工系数62-63
• 4.3.5 计算应力幅的确定63
• 4.3.6 疲劳寿命计算63-65
• 4.4 局部应力应变法估算主缆疲劳裂纹萌生寿命65-68
• 4.4.1 局部应力应变法简介65
• 4.4.2 局部应力应变法估算主缆疲劳裂纹萌生寿命65-68
• 第五章 主缆疲劳裂纹扩展探究68-81
• 5.1 引言68
• 5.2 疲劳裂纹发展速率68-74
• 5.2.1 疲劳裂纹扩展速率与应力因子幅值68-69
• 5.2.2 应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响69-72
• 5.2.3 疲劳裂纹扩展速率模型72-74
• 5.3 疲劳裂纹扩展寿命估算理论74-77
• 5.3.1 基于Paris公式的疲劳裂纹扩展寿命估算74-75
• 5.3.2 基于Walker公式的疲劳裂纹扩展寿命估算75-76
• 5.3.3 基于Foman公式的疲劳裂纹扩展寿命估算76-77
• 5.4 镀锌高强钢丝主缆疲劳裂纹扩展速率参数研究77-80
• 5.4.1 疲劳裂纹形成和扩展的分界点77-78
• 5.4.2 悬索桥主缆应力强度因子计算78-79
• 5.4.3 悬索桥主缆疲劳裂纹扩展速率的Paris公式参数计算79-80
• 5.5 本章小结80-81
• 第六章 结论及展望81-83
• 6.1 本文工作的总结81-82
• 6.2 有待进一步研究的工作82-83
• 参考文献83-89
• 致谢89-90
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目90

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本文编号：834225