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中小跨径钢筋混凝土拱桥在车辆荷载作用下的疲劳特性研究

作　者: 雷庆兰
导　师: 韩西
学　校: 重庆交通大学
专　业: 工程力学
关键词: 疲劳损伤疲劳寿命线性累计损伤理论 S-N曲线雨流计数法车辆随机荷载流拱桥模型
分类号: U441.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

我国幅员辽阔，地形复杂，大大小小的各式桥梁对我国交通运输业的发展起着关键性的纽带作用，其中以中小跨径的钢筋混凝土拱桥尤为常见。近十年来，随着国内交通运输业井喷状的发展，大部分地区的实际交通量已经远远超出了已建桥梁当初设计时候的设计交通量，由于车辆运行而导致的桥梁问题亦尤其突出。其中，由于车辆运行而导致的桥梁疲劳问题在世界范围内时有发生，由此给社会带来的巨大损失和惨痛教训使得对桥梁疲劳问题的研究尤为重要。本文对中小跨径钢筋混凝土拱桥的疲劳分析是以经典的Palmgren-Miner线性累积损伤理论为基础的。造成公路桥梁疲劳损伤的主要因素是日常实际的随机汽车荷载流，本文在前人对车辆荷载的长期调查、统计的基础上，利用MATLAB软件的自带函数模拟了随机汽车荷载流，借助大型通用有限元软件ANSYS建立了一座中小跨径的拱桥有限元模型，通过ANSYS的参数化设计语言APDL编制宏命令LOAD，将MATLAB软件程序所生成的随机汽车荷载流以双车道同向行驶和双车道反向行驶两种方式加载于桥上，分别对拱桥模型进行瞬态动力分析，通过分析得到两种情况下的拱圈危险截面的应力谱。以钢筋和混凝土的S-N曲线为基础，按照线性疲劳累积损伤的原理，分别考虑混凝土和钢筋的疲劳损伤。由于汽车行驶过程中的冲击作用，必然会加大桥梁的循环应力，因此，本文以冲击系数的方式，将车辆的冲击作用加以考虑，重新分析了随机汽车荷载流作用下拱桥的疲劳损伤问题，最终实现了中小跨径钢筋混凝土拱桥的疲劳损伤计算与剩余寿命的预测。最后，为简化计算，以桥梁疲劳荷载谱的形式进行加载，分析了中小跨径钢筋混凝土拱桥的疲劳问题。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 论文研究的背景及研究意义  8-9
  1.2 国内外的研究现状  9-12
  1.3 本文拟研究的内容  12-14
第二章钢筋混凝土疲劳分析的基本理论与方法  14-25
  2.1 疲劳的相关概念  14-15
  2.2 疲劳破坏的理论基础  15-18
    2.2.1 混凝土的疲劳破坏机理  15-17
    2.2.2 钢筋的疲劳破坏机理  17
    2.2.3 钢筋混凝土结构的疲劳破坏原理  17-18
  2.3 疲劳寿命评估的常用方法  18-19
  2.4 材料的 S-N 曲线  19-21
    2.4.1 S-N 曲线的表现形式  19-20
    2.4.2 混凝土的 S-N 曲线  20
    2.4.3 钢筋的 S-N 曲线  20-21
  2.5 累积损伤理论  21-23
  2.6 雨流计数法  23-24
  2.7 本章小结  24-25
第三章汽车荷载的分析与模拟  25-36
  3.1 公路桥梁车辆荷载谱的建立  25-29
  3.2 随机汽车荷载流的数学模型  29-30
  3.3 蒙特卡洛（Monte Carlo）方法  30
  3.4 MATLAB 简介  30-32
  3.5 汽车随机荷载流的生成  32-35
  3.6 本章小结  35-36
第四章钢筋混凝土拱桥的疲劳分析  36-66
  4.1 ANSYS 及有限元分析简介  36-38
  4.2 中小跨径拱桥有限元模型的建立  38-42
  4.3 钢筋混凝土拱桥的模态分析  42-44
  4.4 钢筋混凝土拱桥的疲劳分析  44-57
    4.4.1 双车道同向行驶时的拱桥疲劳分析  45-52
    4.4.2 双车道反向行驶时的拱桥疲劳分析  52-57
  4.5 考虑汽车冲击作用时的拱桥疲劳分析  57-60
  4.6 车辆荷载谱作用下的疲劳分析  60-65
  4.7 本章小结  65-66
第五章结论与展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
攻读硕士学位期间发表的论著及取得的科研成果  72

中小跨径钢筋混凝土拱桥在车辆荷载作用下的疲劳特性研究

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