在役公路钢桁架连续梁桥剩余疲劳寿命评估

摘要

我国很多在役钢桁架桥梁的运营时间超过了50年，交通荷载的增加，加速了桥梁桁架结构内部的疲劳损伤，这些桥梁易发生疲劳破坏，并且疲劳破坏常导致的桥梁结构的断裂倒塌，具有突发性。为了消除在役钢桁架桥梁的疲劳隐患，科学评断对桥梁的维修与更换提供科学的评断，研究在役钢桁架桥梁的剩余疲劳寿命评估的方法流程是至关重要的。
　　论文搜集总结了国内外钢结构剩余疲劳寿命的文献与研究成果，结合嘉陵江牛角沱大桥安全性评估项目，对在役钢桁架连续梁桥的的结构受力状态、桁架构件的疲劳性能、城市公路梁桥的应力谱的模拟方法，进行了一定的研究，建立了适合在役公路钢桁架连续梁桥剩余寿命评估的方法。
　　论文主要进行了以下几点研究工作:
　　①采用梁单元建立钢桁架空间有限元模型，根据嘉陵江牛角沱大桥的设计图纸和现场考察，合理释放梁端约束。
　　②通过桥梁结构模型分析，选取桁架梁桥的疲劳控制杆件。
　　③截取替换桁架梁桥的典型杆件。
　　④加工制作材料性能和疲劳性能试验杆件。
　　⑤在现场调查梁桥交通荷载的基础上，用分时段内统计的桥梁的车辆数控制车辆的车间距，模拟梁桥的交通荷载和桁架杆件的应力谱。
　　⑥用名义应力法，对嘉陵江牛角沱大桥的剩余寿命进行了评估。
　　本文主要通过典型杆件的全截面疲劳加载试验和实测与模拟关键杆件的应力时程对钢桥的疲劳性能进行评估。在进行关键杆件选取时，主要考虑两个因素，即杆件的活载应力幅较大、杆件的平均应力较小。由于依托工程为铆接钢桥，并且所选取的典型杆件共由四个不等边角钢组成，构件上下两端采用铆钉和钢桁架节点板连接，角钢之间通过缀板进行连接，缀板与角钢间均为铆钉铆合;角钢与节点板件间为热铆工艺，不宜拆除，故选择典型构件中一肢截取部分角钢进行试验。
　　通过分别进行典型杆件的疲劳性能评估和整个桥梁控制杆件的剩余疲劳寿命计算，得出了嘉陵江牛角沱大桥结构中杆件最短的剩余疲劳寿命为46.82年。
　　嘉陵江牛角沱大桥的剩余疲劳寿命评估流程对同类钢桥的剩余疲劳寿命的评估具有一定的参考意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外钢桥疲劳问题的研究历史与现状

1．2．1 国内钢桥疲劳问题的研究历史与现状

1．2．2 国外钢桥疲劳问题的研究历史与现状

1．3 本文研究目的与研究内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 本文的研究内容

第二章 钢桥剩余疲劳寿命评估的基本理论与方法

2．1 钢桥剩余疲劳寿命评估的基本方法

2．1．1 传统疲劳分析方法

2．1．2 断裂力学的损伤容限方法

2．1．3 基于可靠度分析方法

2．1．4 对比分析

2．2 钢桥剩余疲劳寿命评估的基本理论

2．2．1 概率统计理论

2．2．2 雨流计数法理论

2．2．3 线性疲劳累积损伤理论

2．3 本章小结

第三章 结构受力分析

3．1 工程概况

3．2 结构建模

3．2．1 模型

3．2．2 参数取值

3．3 杆件应力幅计算

3．4 疲劳控制杆件确定

3．5 小结

第四章 典型疲劳构件全截面疲劳试验

4．1 典型疲劳构件的选取

4．2 典型疲劳构件的现场截取与替换

4．3 典型疲劳杆件的疲劳试验

4．3．1 试验系统简绍

4．3．2 材料性能试验

4．3．3 疲劳加载试验

4．4 试验结果

4．5 小结

第五章 嘉陵江牛角沱大桥剩余疲劳寿命评估

5．1 交通荷载调查

5．1．1 车辆通行情况调查

5．1．2 车辆类型调查

5．2 交通荷载模拟

5．3 杆件应力时程模拟

5．3．1 疲劳计算杆件选取

5．3．2 杆件影响线与相关参数

5．3．3 模拟结果

5．4 杆件应力时程实测

5．4．1 仪器设备

5．4．2 实测准备

5．4．3 现场采样

5．4．4 实测结果

5．5 剩余疲劳寿命评估

5．5．1 应力谱模拟

5．5．2 疲劳寿命分析

5．6 小结

第六章 结论与展望

6．1 本文的主要工作

6．2 本文主要结论

6．3 进一步的工作方向

致谢

参考文献

在校期间发表的论著及取得的研究成果