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千厮门大桥运营阶段应力监测及疲劳损伤分析

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摘要

第一章 绪论

1.1 钢桥疲劳研究背景

1.2 钢桥疲劳问题的研究历史和现状

1.2.1 钢桥疲劳问题的研究历史

1.2.2 我国公轨两用钢桥疲劳问题的研究现状

1.3 公轨两用钢桥疲劳研究意义

1.4 本文主要研究内容

第二章 疲劳设计验算分析理论

2.1 疲劳的概念

2.2 钢桥抗疲劳设计理论

2.3 抗疲劳的设计分析方法

2.3.1 无限寿命设计法

2.3.2 安全寿命设计法

2.3.3 损伤容限设计法

2.3.4 疲劳可靠性设计法

2.4 钢桥梁疲劳验算分析方法

2.4.1 公路钢结构桥梁分析方法

2.4.2 铁路桥梁钢结构分析方法

2.5 本章小结

第三章 千厮门大桥荷载谱的确定

3.1 疲劳荷载模型规范规定

3.2 荷载应力分析处理理论

3.2.1 实测法

3.2.2 应力历程的处理

3.3 荷载谱及标准疲劳轴载的制定

3.3.1 重庆轻轨六号线轨道车辆参数

3.3.2 重庆轻轨六号线轻轨疲劳荷载谱的制定

3.3.3 轻轨标准疲劳轴重计算

3.4 本章小结

第四章 实桥应力模型分析及监测试验

4.1 依托工程概述

4.2 千厮门大桥有限元模型的建立

4.2.1 模型的简化及模拟

4.2.2 整体模型的边界条件

4.2.3 桥梁模型的荷载

4.2.4 主要材料特性

4.3 实桥应力监测准备

4.3.1 监测试验的目的

4.3.2 疲劳关键位置的确定

4.3.3 测点位置的布置

4.3.4 仪器准备

4.3.5 仪器安装

4.3.6 应力试验监测方法

4.4 局部应力历程的模拟

4.4.1 模型的简化模拟

4.4.2 模型单元的连接及边界条件

4.4.3 轻轨六号线列车荷载模拟

4.4.4 主要材料特性

4.4.5 应力历程模拟曲线

4.5 实测法分析

4.5.1 监测数据

4.5.2 数据对比分析

4.6 本章小结

第五章 千厮门大桥结构疲劳状况分析

5.1 疲劳寿命的评估方法

5.1.2 传统疲劳寿命评估方法

5.1.3 基于断裂力学的疲劳寿命评估方法

5.1.4 基于损伤力学的疲劳寿命评估方法

5.2 疲劳损伤累积理论

5.2.1 线性疲劳损伤累积理论

5.2.2 非线性疲劳损伤累积理论

5.3 千厮门大桥结构疲劳损伤度及剩余疲劳寿命分析

5.3.1 疲劳应力幅频值表的制定

5.3.2 疲劳细节抗疲劳性能验算

5.3.3 结构疲劳损伤度及剩余疲劳寿命分析

5.3.4 疲劳状况分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文完成的主要工作与结论

6.2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果

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摘要

城市轨道交通发展迅速,城市公轨两用钢桥结构疲劳问题也随着这种新型桥梁数量增加而增多。鉴于城市轨道交通车辆荷载的特征,规范中关于公轨两用钢桥梁疲劳分析时轨道车辆对桥梁产生的疲劳荷载次数还缺少明确说明。本文基于嘉陵江千厮门大桥进行应力监测试验,采用理论分析与实桥应力监测分析相结合的方式对千厮门大桥展开应力研究并对其进行疲劳损伤分析。
  本文首先介绍了钢结构桥梁疲劳分析的一些基本概念,疲劳设计分析及验算的方法,以及阐述了疲劳损伤累积理论的使用。
  其次,依据重庆轨道交通集团提供的客流量数据为依托,针对嘉陵江千厮门大桥的轻轨轨道交通量进行分析,制定出千厮门大桥轻轨疲劳荷载谱以及六号线轻轨全线疲劳荷载谱,依据疲劳荷载谱换算得相应的等效疲劳标准轴重,其中重庆轻轨六号线车辆作用千厮门大桥的等效标准疲劳轴重为94.33kN,全线轨道交通六号线的等效疲劳轴载为92.29kN。
  再次,为了确认单次轻轨六号线列车行驶产生的多次加载作用对桥梁结构的关心位置产生的有效疲劳荷载作用次数,而对千厮门大桥设计实桥运营阶段应力监测试验。采用Midas Civil有限元分析软件建立整桥模型,施加等效标准疲劳轴重进行静力分析,确定千厮门大桥的疲劳截面薄弱位置。通过整体模型的不同工况加载情况判断出上层车辆荷载对下层结构疲劳问题影响较小,两者对下层结构产生的应力幅作用相对差近90%。采用ANSYS有限元软件对千厮门大桥确定的疲劳薄弱截面位置处利用标准截面进行局部建模分析,模拟轻轨六号线车辆行驶经过时薄弱位置处各个关心位置的应力历程,与实桥应力监测数据做对比及参考。
  最后通过实测及理论数据的分析,得出下层结构关心位置处的横梁受到轻轨列车车厢的每次轴载作用影响较大,其单个轴载产生的应力幅值,接近整体轻轨列车产生的应力幅值一半,故在分析横梁的疲劳问题时要考虑轻轨车辆的多次轴重加载作用,而下层小纵梁当单次列车行驶加载后只需考虑一次整体荷载影响。
  将通过客流量分析得到的疲劳荷载谱,加载至整体有限元模型上计算得到相应的疲劳应力谱。修正疲劳应力谱,根据千厮门大桥的实际结构的疲劳细节,选取对应的S-N曲线,对相应的桥梁结构疲劳薄弱位置进行损伤度及剩余疲劳寿命的计算。最后得出千厮门大桥结构满足规范设计要求不存在疲劳问题。

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