港口公路桥梁正交异性钢桥面板疲劳荷载研究与疲劳寿命评估

摘要

近年来，随着多轴重载车辆的不断增加，港口公路桥梁正交异性钢桥面板的疲劳问题日益显著。本文受国家重点研发计划项目（2016YFC0701202）、交通运输部建设科技项目（2015318 J41270）和中央高校基本科研项目（106112015CDJZR155508）的资助，以我国某港口公路桥梁为例，对正交异性钢桥面板进行疲劳荷载研究，并在此基础上进行疲劳寿命评估。主要研究内容及结论如下：
　　（1）以该港口公路桥梁连续1年的车辆荷载数据为基础，首先将通行车辆按照轴数和轴距相对关系划分为7种车型，然后统计分析该桥的车流量和车重分布情况，并确定将车道4作为疲劳荷载研究和疲劳寿命评估的主要对象，再采用最小二乘法对各车型的轴载质量和轴距分布进行拟合分析，最后计算得到疲劳荷载谱。由疲劳荷载谱可知，港口公路桥梁的各车型等效疲劳车车重均大于10t，并且四轴以上货车占比高达85.9％。
　　（2）选取该桥钢桥面板结构的横隔板截面的顶板与U肋焊缝（P1）、横隔板与U肋焊缝（P2）、横隔板开孔边缘（P3）、U肋对接焊缝截面的顶板与 U肋焊缝（P4）和U肋对接焊缝（P5）5个构造细节作为研究对象，建立正交异性钢桥面板的有限元模型，并在14m×1.8m（纵桥向×横桥向）范围内施加移动轮载，采用热点应力法计算各构造细节的应力影响面，对正交异性钢桥面板进行应力分析。由应力影响面可知，各构造细节应力在横桥向的有效影响范围小于1.2m，表明横桥向相邻两轮载效应间的叠加作用不明显，在进行应力计算时横桥向可只考虑一组车轮加载；确定了各构造细节的轮载最不利加载位置。
　　（3）在疲劳荷载谱和应力影响面基础上，通过编程模拟车辆在钢桥面板上的行驶过程，得到各构造细节的疲劳应力历程，然后采用简化雨流计数法统计应力循环，得到疲劳应力谱，最后进行疲劳寿命评估。由评估结果可知，四轴以上货车对各构造细节的疲劳损伤贡献率占比超过90%，其中五轴车和六轴2类车的疲劳损伤贡献率最高，二者占比均为35%左右，三轴2类车疲劳损伤贡献率最低，不到1%；各构造细节的疲劳寿命均小于该桥100年的设计使用寿命，并且P2、P3和P4的疲劳寿命较短，分别为4.3年、6.1年和5.5年。

目录

主要符号

1 绪 论

1.1 正交异性钢桥面板的应用与发展

1.2 正交异性钢桥面板疲劳问题研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 港口公路桥梁正交异性钢桥面板疲劳荷载研究

2.1 概述

2.2 车辆荷载数据处理

2.3 港口公路桥梁疲劳荷载特征

2.4 疲劳荷载谱

2.5 小结

3 港口公路桥梁正交异性钢桥面板应力分析

3.1 概述

3.2 正交异性钢桥面板有限元仿真模型

3.3 正交异性钢桥面各板构造细节应力影响面分析

3.4 小结

4 港口公路桥梁正交异性钢桥面板疲劳寿命评估

4.1 概述

4.2 正交异性钢桥面板各构造细节疲劳应力谱

4.3 正交异性钢桥面板各构造细节疲劳寿命评估

4.4 小结

5 结论与展望

5.1 本文主要结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. V1-V6车型各轴轴载质量分布

B. V1-V6车型各轴距分布

C. V1-V6车型通过时各构造细节疲劳应力历程

D.作者在攻读硕士期间发表的论文

E. 作者在攻读硕士期间所参与的科研项目