鋼橋墩的超低周疲勞裂紋萌生壽命預(yù)測(cè).pdf

1、近年來(lái)，世界范圍內(nèi)大地震頻發(fā)，對(duì)地震災(zāi)區(qū)的交通設(shè)施造成了巨大的破壞，尤其是橋墩的破壞。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土橋墩由于自重大、延性差等特點(diǎn)導(dǎo)致?lián)p毀嚴(yán)重，而鋼橋墩具有更高的強(qiáng)度和更好的抗震性能。另外，鋼橋墩具有質(zhì)量輕、占地面積少、施工工期短等優(yōu)勢(shì)，在日本等一些發(fā)達(dá)國(guó)家獲得廣泛應(yīng)用。地震中，鋼橋墩通過(guò)非彈性往復(fù)大變形來(lái)耗散地震能量，從而在橋墩與基礎(chǔ)連接處產(chǎn)生很大的塑性應(yīng)變，該應(yīng)變通常可以達(dá)到鋼板屈服應(yīng)變的數(shù)倍以上，并在較少的循環(huán)次數(shù)下產(chǎn)生超低周疲勞

2、破壞。因此，針對(duì)鋼橋墩超低周疲勞裂紋萌生壽命預(yù)測(cè)的研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文的研究對(duì)象為頂部施加恒定軸向力以及水平往復(fù)位移的鋼橋墩，使用有限元軟件ABAQUS對(duì)鋼橋墩進(jìn)行三維彈塑性有限元分析計(jì)算，研究鋼橋墩超低周疲勞裂紋萌生壽命的最佳預(yù)測(cè)方法以及裂紋萌生壽命的影響因素。主要研究成果如下：
　　（1）基于試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)15個(gè)不同參數(shù)的鋼橋墩建立相應(yīng)的三維彈塑性有限元模型進(jìn)行計(jì)算分析。通過(guò)模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)在超

3、低周疲勞裂紋產(chǎn)生前兩者的水平荷載-水平位移滯回曲線吻合良好。
　　（2）在網(wǎng)格密度分別為2×2mm、1×1mm和0.5×0.5mm下，使用Ge模型中的局部損傷法和非局部損傷法對(duì)三種加載形式下的鋼橋墩進(jìn)行裂紋萌生壽命預(yù)測(cè)。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)格密度為2×2mm下的非局部損傷法適合于鋼橋墩的超低周疲勞裂紋萌生壽命預(yù)測(cè)。對(duì)于Q345系列鋼橋墩，通過(guò) Ge模型中的非局部損傷法得到的疲勞裂紋萌生壽命預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)結(jié)果相比偏向于保守；而對(duì)于Q235

4、系列鋼橋墩，通過(guò)非局部損傷法得到的結(jié)果略微大于試驗(yàn)值。
　?。?）對(duì)鋼橋墩靠近基礎(chǔ)的角部網(wǎng)格加密區(qū)域采用三維實(shí)體單元建模，在網(wǎng)格密度分別為2×2mm和1×1mm下，使用CVGM（循環(huán)空穴擴(kuò)張模型）對(duì)三種水平往復(fù)位移荷載作用下的Q345系列鋼橋墩進(jìn)行裂紋萌生壽命預(yù)測(cè)。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)格密度為1×1mm條件下由CVGM模型得到的裂紋萌生壽命值更加可靠，Ge模型中的非局部損傷法最適合于對(duì)鋼橋墩超低周疲勞裂紋萌生壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。
　　

5、（4）采用網(wǎng)格密度為2×2mm的非局部損傷法對(duì)72個(gè)鋼橋墩試件的超低周疲勞裂紋萌生壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，另外對(duì)軸壓比的影響也做了一些研究。得出以下主要結(jié)論：(a)在翼緣寬厚比相同的情況下，隨著通用長(zhǎng)細(xì)比的增大，裂紋萌生壽命基本保持不變。(b)當(dāng)試件通用長(zhǎng)細(xì)比較小時(shí)，裂紋萌生壽命隨著翼緣寬厚比的增大而減??；當(dāng)試件通用長(zhǎng)細(xì)比較大時(shí)，局部失穩(wěn)時(shí)的半周期數(shù)小于等于裂紋萌生壽命預(yù)測(cè)值。針對(duì)翼緣寬厚比對(duì)裂紋萌生壽命預(yù)測(cè)值的影響，本文通過(guò)參數(shù)化分析提出了預(yù)測(cè)