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公路大桥正交异性钢桥面板裂缝成因研究及局部疲劳分析

作　者: 周怡斌
导　师: 潘鹏
学　校: 清华大学
专　业: 土木工程
关键词: 疲劳裂缝局部疲劳 Monta Carlo方法雨流法等效循环次数
分类号: U443.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,随着公路交通流量的不断增加,公路桥梁的疲劳问题变得越来越显著。为此,国内外针对公路桥梁的疲劳问题已开展了大量研究,并形成了相关规范。但是,对于正交异性钢桥面板的局部疲劳问题的研究,尚存在着不足。南方某公路大桥钢箱梁在投入使用十年左右也出现了疲劳裂缝,严重影响了该桥的结构安全和使用性能,引起社会的广泛关注。本文首先针对该大桥钢箱梁的裂缝成因进行了分析。对大桥出现的裂缝进行了详细的调查;对大桥的车辆荷载进行了统计,尤其是超载重车的情况;建立大桥的有限元模型对其进行受力性能分析,得到了桥面板的应力分布,并讨论了应力集中现象和焊接残余应力的影响。通过分析,主要得到了以下结论:(1)该大桥出现的各种裂缝中,桥面板裂缝最为严重。(2)实际交通荷载远高于原来的设计荷载。(3)U肋和桥面板连接处产生较大的横桥向应力,尤其车辆荷载作用在横隔板位置时,存在明显的应力集中效应。而且,U肋与桥面板连接处以及U肋与横隔板连接处均产生较大的焊接残余应力。其次,本文以该大桥为例,提出了一种分析评估局部疲劳的方法。对其过去11年的车辆荷载进行统计分析,得到车辆荷载的概率模型,并利用Monta Carlo方法模拟出桥面板的局部承载历史,分析计算出等效疲劳荷载及相应的等效循环次数。在模拟过程中考虑了车辆荷载的不确定性,同时提出了车辆荷载局部折减系数以考虑车轮横向位置对局部应力的影响。模拟结果表明:本文分析得出的等效循环次数,在AASHTO规范规定的出现疲劳破坏的疲劳应力循环次数的合理范围内,与该大桥出现疲劳裂缝的现状相符。最后,本文以该大桥U肋嵌补段作为研究对象,进行局部疲劳分析。根据车辆荷载的概率模型以及有限元计算的结果,利用Monta Carlo方法模拟出外车道U肋嵌补段的应力时程,采用雨流法统计应力循环,分析计算出等效疲劳应力幅及相应的等效循环次数。模拟结果表明:本文分析得出的等效循环次数远小于AASHTO规范规定的出现疲劳破坏的疲劳应力循环次数,与该大桥没有出现U肋嵌补段裂缝的现状相符。

公路大桥正交异性钢桥面板裂缝成因研究及局部疲劳分析

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