大跨度悬索桥正交异性钢桥面板疲劳性能试验研究

摘要

自20世纪50年代，正交异性钢桥面板投入使用以来，由于其自重轻，整体性好，抗风性能好以及良好的经济效益等优势，在桥梁领域中得到广泛的运用，尤其是得到大跨度桥梁的青睐。其丰富了桥梁的结构形式，促进了桥梁结构的快速发展，但钢结构桥梁所共有的疲劳问题在正交异性钢桥面板中却是尤为突出的，由此引发的桥梁工程的安全问题已是屡见不鲜。
　　本文以驸马长江大桥为工程背景，通过ANSYS有限元软件对驸马长江大桥正交异性钢桥面板进行整体受力分析，并基于此设计了两个足尺节段模型并开展了足尺节段模型试验研究。主要研究内容如下：
　　①介绍了正交异性钢桥面板的发展历程，其构件特点及所带来的疲劳问题，并对国内外对该问题所作的研究作了归纳总结。
　　②阐述了钢结构疲劳分析的基本概念，和描述疲劳破坏的各种结构疲劳损伤累积理论。介绍了正交异性钢桥面板疲劳寿命评估主要的几种方法，并指出了这些方法的特点和应用情况。总结了各国规范及目前国内学者关于疲劳车辆荷载的研究成果。
　　③针对附马长江大桥，对比分析了英国 BS5400规范、欧洲规范、美国规范、中国规范、及国内学者针对西南山区推荐模型等疲劳车辆荷载对各疲劳细节应力历程的影响，选取了中国西南山区高速公路公路桥梁的3轴标准疲劳车辆模型作为加载模型。
　　④基于驸马长江大桥正交异性钢桥面板节段模型分析结果，设计了两个不同的足尺模型试件，以开展足尺节段模型试验研究。制作了试验用模型夹具、制定了相应的加载方案及测量方案。针对两个试件分别建立有限元模型，由仿真模拟分析所得到的结果，可较好的与试验结果吻合。
　　⑤针对两个试件均开展了200万次疲劳荷载的加载，即开展了设计寿命期疲劳特性验证试验。在试验过程中，经人工检测于关键疲劳细节处未检测到裂纹的产生，且各静载试验下测得的各疲劳细节关键测点的应力值与所施加的荷载值基本呈线性关系，表明各疲劳细节均未产生疲劳破坏，各疲劳细节的疲劳寿命均能够满足设计要求。

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 正交异性钢桥面板的发展

1.3 正交异性钢桥面板疲劳问题

1.4 本文的研究内容

2 正交异性钢桥面板疲劳理论及设计方法概述

2.1 疲劳基本理论

2.2 疲劳累积损伤理论

2.3 正交异性钢桥面板疲劳评估方法

2.4 本章小结

3 正交异性钢桥面板疲劳细节的应力分析

3.1 正交异性钢桥面板的疲劳设计荷载研究

3.2 钢箱梁疲劳性能分析的有限元分析模型

3.3 钢箱梁各疲劳细节的横向最不利加载位置分析

3.4 不同疲劳荷载模型作用下的疲劳应力分析

3.5 本章小结

4 正交异性钢桥面板足尺节段模型试验研究

4.1 疲劳试验模型的目的

4.2 足尺度模型疲劳试验

4.3 模型加载方案

4.4 设计寿命期疲劳试验结果

4.5 极限寿命期疲劳试验及疲劳开裂情况

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 本文创新点

5.3 展望

致谢

参考文献