不同规范标疲车对某钢桥关键部位疲劳试验载荷幅的影响研究

摘要

随着国内钢桥数量的增多，在交通量与日俱增的现今，钢桥疲劳破坏的问题受到越来越多的关注。国外BS5400规范、Eurocode规范、美国AASHTO规范中均给出了疲劳验算的标准荷载，中国于2015年发布实施的《公路钢结构桥梁设计规范》中提出了对钢桥结构进行疲劳验算的标准疲劳荷载。而关于中国规范中疲劳验算模型Ⅱ的荷载作用与其余规范中标准疲劳车的作用对钢桥结构的影响有何差异这方面的研究较少。
　　为了得出各个国家规范中关于相应标准疲劳车规定的差异性，此论文以一座双层公轨两用钢结构桥梁作为研究依托，通过以下方法得出其差异性。首先用MIDAS Civil2015建立桥梁的全桥模型并确定下层最不利横纵连接梁位置，在此基础上提取出各个车道作用下最不利位置的内力影响线。在用ANSYS软件确定出最不利车道后按照各个国家标准的规定使用标准疲劳车对桥梁结构进行加载，使用雨流计数法统计加载结果，提取出内力循环，为了便于对比将内力循环等效为200万次时的试验荷载。为了研究等效荷载作用下最不利位置最不利位置的应力情况，利用ANSYS建立关键部位的有限元模型，并施加各个等效荷载。模型中考虑了，自重和恒载共同作用、仅标准疲劳车等效力以及自重恒载加上标准疲劳车等效力共同作用这三种工况。
　　结果表明，上层车道的荷载作用相对下层横梁的影响均较小。标准疲劳车作用在下层车道时，对横纵连接节点产生的内力幅值大小顺序与其总轴重大小有关，轴重越大其内力幅值越大。其中BS5400规范标准疲劳车因不是按单车道加载，故其内力幅值较大。在与轻轨车道的作用结合在一起后，内力等效幅值排序为中国规范对应幅值最大，BS5400规范第二，Eurocode规范第三，AASHTO规范最小。
　　有限元模型连接节点处竖向角钢、顶部角钢及腹板在各个规范标准疲劳车的等效力作用下产生的应力变化表明，中国规范标准疲劳车的等效力作用下三块角钢的应力变化幅度最大。四种规范对应的应力结果都能通过各自的疲劳验算，中国规范在疲劳验算时最为保守，疲劳要求最为严格。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外钢桥疲劳及标准疲劳车研究现状

1．2．1 钢桥疲劳研究现状

1．2．2 标准疲劳车及疲劳荷载模型

1．3 本文研究依托结构及主要研究内容

1．3．1 本文研究依托结构

1．3．2 本文的主要工作

第二章 疲劳强度理论

2．1 疲劳概念及其破坏过程

2．2 钢桥节点连接的疲劳问题

2．3 S-N曲线和P-S-N曲线

2．4 线性疲劳损伤理论

2．5 随机荷载的统计处理

2．5．1 雨流计数法

2．5．2 泄水法

2．6 变幅荷载与常幅荷载的转化

第三章 标准疲劳车与内力历程例

3．1 关于疲劳荷载的规定

3．1．1 中国规范中关于标准疲劳车的描述

3．1．2 英国BS5400规定

3．1．3 美国AASHTO中的标准疲劳车

3．1．4 Eurocode疲劳荷载模型

3．1．5 轻轨疲劳荷载标准车的选取

3．2 全桥内力分析

3．2．1 横纵连接处各个车道移动荷载作用下内力影响线

3．2．2 各车道内力历程例

3．3 本章小结

第四章 节点连接处疲劳试验的等效内力幅

4．1 标准车内力频值谱

4．1．1 将BS5400中标准疲劳车作用在各车道时各车道内力循环

4．1．2 AASHTO标准车一次加载例内力频谱值

4．1．3 使用中国规范标疲车单次加载时引起的各车道内力循环

4．1．4 Eurocode规范标准车单车作用在各车道内力频值谱

4．1．5 轻轨标准车行经各车道一次内力频谱值

4．2 标准车作用次数

4．2．1 根据BS5400规范计算其标准疲劳车作用次数

4．2．2 AASHTO中慢车道重车总作用次数

4．2．3 中国规范对标准疲劳车作用次数的规定

4．2．4 Eurocode规范中慢车道与快车道作用次数的确定

4．2．5 轻轨标准车作用次数

4．3 标准车作用的等效

4．3．1 将公路及轻轨标准车的作用等效为常幅荷载

4．3．2 将常幅等效荷载转化为200万次常幅荷载

4．4 本章小结

第五章 有限元模型计算及疲劳验算

5．1 有限元模型建立

5．2 弯矩与剪力幅的模型荷载转换

5．3 有限元应力计算结果

5．3．1 恒荷载作用下结果

5．3．2 仅施加各规范对应荷载作用下结果

5．3．3 自重恒载与等效力共同作用下结果

5．4 应力计算结果验算

5．5 主桁与横梁连接节点连接构造使用寿命分析

5．5．1 BS5400规范标准疲劳车作用结果的疲劳验算

5．5．2 AASHTO标准疲劳车引起的应力循环疲劳验算

5．5．3 对中国规范标疲车对应应力结果进行疲劳验算

5．5．4 Eurocode规范标准疲劳车疲劳验算结果

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文主要工作及结论

6．2 本文研究的展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果