鋼管混凝土橋管節(jié)點疲勞性能試驗研究.pdf

1、隨著我國交通運輸事業(yè)的進步，鋼管混凝土橋作為一種較為新穎的橋型得到了快速發(fā)展。近二十年來，已建和在建的鋼管混凝土拱橋已經(jīng)超過200座。然而必須看到，對鋼管混凝土橋設計理論的研究相對落后于工程實踐，在設計規(guī)范方面尤其是針對管節(jié)點的疲勞設計不夠完善。
　　對鋼管混凝土橋而言，管節(jié)點是承載荷載的關鍵部位，也往往是整個結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。本文根據(jù)對國內(nèi)外鋼管混凝土橋疲勞問題的調(diào)研，通過理論分析和試驗研究相結(jié)合的方法，對下述問題進行了研究。

2、r>　　一、廣泛收集調(diào)研國內(nèi)外鋼管混凝土典型焊接節(jié)點疲勞研究的相關成果，針對實際工程需求和有待解決的設計問題，提出本文研究的相關課題。
　　二、通過鋼管混凝土管節(jié)點靜載試驗，實測了鋼管混凝土管節(jié)點的名義應力、熱點應力，并由此得到鋼管混凝土管節(jié)點的應力集中系數(shù)，同時還建立了精細的三維有限元模型，對試驗構(gòu)件進行應力計算，并與試驗實測值進行對比驗證。
　　三、針對鋼管混凝土管節(jié)點的應力集中和應力集中系數(shù)進行了研究，分析了應力集中的

3、原因及相應的影響因素，對比研究了空心管節(jié)點和鋼管混凝土管節(jié)點應力集中的差異性，提出了應力集中緩減系數(shù)q的概念，并運用APDL(參數(shù)化語言)的方法建立有限元模型，再通過NLSF(非線性最小平方擬合)的方法進行多個獨立變量的擬合和相關系數(shù)的分析得到q的表達式，在空心管應力集中系數(shù)公式的基礎上提出了鋼管混凝土管節(jié)點應力集中系數(shù)的計算公式。
　　四、通過對管節(jié)點模型的疲勞數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，提出了鋼管混凝土表面裂紋長度達到3倍壁厚時管節(jié)點疲

4、勞失效的判別準則。通過疲勞試驗加載與對裂紋擴展的觀測，對鋼管混凝土節(jié)點來說，由于混凝土的約束作用，上述管節(jié)點疲勞失效的判別準則是安全的。
　　五、通過基于試驗的管節(jié)點的應力分析，提出了管節(jié)點力學模型和熱點區(qū)域疲勞裂紋開裂位置的計算公式，該模型可解釋空心管和鋼管混凝土熱點位置轉(zhuǎn)移的力學現(xiàn)象，預測管節(jié)點疲勞起裂點的位置，并給出解析解。本文用該模型提出的公式計算了曹娥江大橋疲勞試驗模型管節(jié)點的開裂位置，與試驗結(jié)果吻合較好。
　　六

5、、運用傳統(tǒng)的S-N曲線法和斷裂力學的方法對鋼管混凝土管節(jié)點的疲勞強度及裂紋擴展壽命進行研究，提出了鋼管混凝土相應于空心管(DT類)的疲勞強度修正系數(shù)，并由此得到鋼管混凝土管節(jié)點S-N曲線的修正方程；從斷裂力學的角度提出了鋼管混凝土管節(jié)點裂紋擴展的計算方法，并通過疲勞試驗數(shù)據(jù)確定了裂紋擴展計算公式的參數(shù)取值。
　　七、以曹娥江大橋為例，建立了全橋有限元模型，分別運用本文所提S－N曲線修正方程和斷裂力學兩種方法計算其疲勞壽命，兩種方法