鋼箱梁正交異性橋面板疲勞機理研究.pdf

1、正交異性鋼橋面板具有自重輕、承載力高、適用范圍廣等優(yōu)點，得到了廣泛的應用，已經成為大跨度橋梁的首選橋面板結構。但是由于結構復雜，存在較多易產生疲勞的部位，頻繁誘發(fā)疲勞裂紋。目前疲勞開裂已成為鋼結構體系橋梁發(fā)展的控制性難題，疲勞裂紋呈現普遍性、早發(fā)性、多發(fā)性、重復性的特征，嚴重影響結構的使用性能，甚至導致結構的破壞，從而造成重大的經濟損失和不良的社會影響。正交異性鋼橋面板各疲勞細節(jié)（易疲勞部位）主要對車輛輪載作用位置敏感，重車道下方輪跡線

2、范圍內橫隔板兩相鄰開孔間又是面板最薄弱的部位，抗疲勞性能較差，容易產生疲勞裂紋。根據已有的資料，該處疲勞裂紋約占正交異性鋼橋面板疲勞裂紋的1/3以上，有的統(tǒng)計甚至高達80％。相關學者們作了大量研究，但是對于橫隔板開孔部位疲勞裂紋頻繁出現的原因至今尚不完全清楚，這已成為鋼橋疲勞研究的難題。為此，本文采用理論分析、模型試驗與數值模擬技術相結合的方法，對正交異性鋼橋面板的疲勞進行了研究，重點對荷載作用下輪跡線范圍內橫隔板兩相鄰開孔部位的面外變

3、形和疲勞裂紋產生的機理進行了深入的探索，揭示了在荷載作用下，橫隔板彈塑性局部屈曲引起面外變形，從而誘發(fā)裂紋的機理。研究的主要內容和結論如下:
　　(1)裂紋塑性和尾跡場循環(huán)塑性分析
　　針對裂紋提前閉合和過載情況下裂紋擴展滯后的問題，采用數值模擬方法對裂紋塑性和尾跡場循環(huán)塑性進行了研究，揭示了裂紋提前閉合的原因，闡明了過載情況下裂紋擴展滯后的機理。
　　(2)橫隔板開孔部位產生面外變形的原因分析
　　從橋梁結構的

4、穩(wěn)定理論出發(fā)，根據局部屈曲理論，采用數值方法，首次對輪跡線范圍內的橫隔板兩相鄰開孔部位產生面外變形的原因進行了分析，揭示了該部位面外變形是由彈塑性局部屈曲引起的機理。根據分析結果，闡明了疲勞損傷與局部屈曲的關系。
　　(3)橫隔板開孔部位產生裂紋的力學機理研究
　　基于局部屈曲分析和試驗結果，從斷裂力學和疲勞裂紋的基本原理出發(fā)，采用有限元法對面板模型進行數值分析，結果表明橫隔板開孔部位易出現高應力區(qū)，考慮熱點應力的疊加作用，

5、主應力超過該細節(jié)的常幅疲勞極限從而產生了裂紋，揭示了荷載引起的面外變形是該部位疲勞裂紋發(fā)生的主要原因。
　　利用不連續(xù)伽遼金擴展有限元法(DG-XFEM)對疲勞裂紋的擴展進行了仿真分析，裂紋擴展的方向和路徑符合裂紋擴展的基本理論，與試驗結果和實橋中出現的類似裂紋一致。
　　(4)正交異性鋼橋面板主應力歷程線的研究
　　基于兩種典型疲勞單車驗算模型，采用有限元法分析了荷載縱、橫向移動的主應力歷程線的變化。結果表明:在對正