鋼管混凝土橋管節(jié)點(diǎn)疲勞性能試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著我國交通運(yùn)輸事業(yè)的進(jìn)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(duì)鋼管混凝土橋設(shè)計(jì)理論的研究相對(duì)落后于工程實(shí)踐，在設(shè)計(jì)規(guī)范方面尤其是針對(duì)管節(jié)點(diǎn)的疲勞設(shè)計(jì)不夠完善。
　　對(duì)鋼管混凝土橋而言，管節(jié)點(diǎn)是承載荷載的關(guān)鍵部位，也往往是整個(gè)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。本文根據(jù)對(duì)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(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)下述問題進(jìn)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(diǎn)疲勞研究的相關(guān)成果，針對(duì)實(shí)際工程需求和有待解決的設(shè)計(jì)問題，提出本文研究的相關(guān)課題。
　　二、通過鋼管混凝土管節(jié)點(diǎn)靜載試驗(yàn)，實(shí)測了鋼管混凝土管節(jié)點(diǎn)的名義應(yīng)力、熱點(diǎn)應(yīng)力，并由此得到鋼管混凝土管節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)，同時(shí)還建立了精細(xì)的三維有限元模型，對(duì)試驗(yàn)構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，并與試驗(yàn)實(shí)測值進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。
　　三、針對(duì)鋼管混凝土管節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力集中和應(yīng)力集中系數(shù)進(jìn)行了研究，分析了應(yīng)力集中的

3、原因及相應(yīng)的影響因素，對(duì)比研究了空心管節(jié)點(diǎn)和鋼管混凝土管節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中的差異性，提出了應(yīng)力集中緩減系數(shù)q的概念，并運(yùn)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(jìn)行多個(gè)獨(dú)立變量的擬合和相關(guān)系數(shù)的分析得到q的表達(dá)式，在空心管應(yīng)力集中系數(shù)公式的基礎(chǔ)上提出了鋼管混凝土管節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中系數(shù)的計(jì)算公式。
　　四、通過對(duì)管節(jié)點(diǎn)模型的疲勞數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提出了鋼管混凝土表面裂紋長度達(dá)到3倍壁厚時(shí)管節(jié)點(diǎn)疲

4、勞失效的判別準(zhǔn)則。通過疲勞試驗(yàn)加載與對(duì)裂紋擴(kuò)展的觀測，對(duì)鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)來說，由于混凝土的約束作用，上述管節(jié)點(diǎn)疲勞失效的判別準(zhǔn)則是安全的。
　　五、通過基于試驗(yàn)的管節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分析，提出了管節(jié)點(diǎn)力學(xué)模型和熱點(diǎn)區(qū)域疲勞裂紋開裂位置的計(jì)算公式，該模型可解釋空心管和鋼管混凝土熱點(diǎn)位置轉(zhuǎn)移的力學(xué)現(xiàn)象，預(yù)測管節(jié)點(diǎn)疲勞起裂點(diǎn)的位置，并給出解析解。本文用該模型提出的公式計(jì)算了曹娥江大橋疲勞試驗(yàn)?zāi)Ｐ凸芄?jié)點(diǎn)的開裂位置，與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。
　　六

5、、運(yùn)用傳統(tǒng)的S-N曲線法和斷裂力學(xué)的方法對(duì)鋼管混凝土管節(jié)點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度及裂紋擴(kuò)展壽命進(jìn)行研究，提出了鋼管混凝土相應(yīng)于空心管(DT類)的疲勞強(qiáng)度修正系數(shù)，并由此得到鋼管混凝土管節(jié)點(diǎn)S-N曲線的修正方程；從斷裂力學(xué)的角度提出了鋼管混凝土管節(jié)點(diǎn)裂紋擴(kuò)展的計(jì)算方法，并通過疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定了裂紋擴(kuò)展計(jì)算公式的參數(shù)取值。
　　七、以曹娥江大橋?yàn)槔⒘巳珮蛴邢拊Ｐ?，分別運(yùn)用本文所提S－N曲線修正方程和斷裂力學(xué)兩種方法計(jì)算其疲勞壽命，兩種方法