正交异性钢桥面板结构热点应力分析及可靠度评估

摘要

正交异性钢桥面板由于自重轻、节省钢材、抗扭刚度大、整体性好、承载能力高等优点，其作为整体式桥面体系在缆索承重体系的钢桥中得到广泛应用。然而，正交异性钢桥面板焊接结构中，钢桥面板与纵向加劲肋和横隔板之间连接的焊接节点焊趾处存在应力集中现象，在交通荷载直接作用下，焊接节点焊趾处容易发生结构破坏。
　　本文以正交异性钢桥面板焊接节点为研究对象，对焊接节点焊趾处不同的结构热点应力确定方法进行比较分析，进而对其进行受力性能分析以及可靠度评估，本文主要的研究工作如下。
　　利用有限元软件ANSYS分别建立了焊接节点的实体单元和壳单元有限元模型，在焊趾附近区域共划分七种尺寸单元网格，分别采用直接提取法、表面外推法和结构应力法计算正交异性钢桥面板焊接节点焊趾处的结构热点应力，比较分析不同方法计算结果的精度及其对有限元网格尺寸和单元类型的敏感性。研究结果表明，对于不同网格尺寸和单元类型的有限元模型，直接提取法和表面外推法获得的结构热点应力离散性较大，结构应力法计算的结构热点应力具有较好的一致性。
　　基于结构应力法在确定焊趾附近合理的应力分布方面是一种有效的数值分析计算方法，考虑焊接节点自身材料属性和外部荷载条件的随机性，利用结构可靠度理论的概率分析方法对正交异性钢桥面板进行可靠度评估。首先，在已建立的焊接节点实体单元和壳单元有限元模型的基础上，分析结构应力计算结果在不同荷载作用下对单元类型和网格尺寸的敏感性。其次，根据焊接节点的抗力效应和荷载效应建立结构功能函数，其中，抗力效应为结构的材料强度，荷载效应以结构应力方法计算获得结构应力表示。
　　最后，利用一次二阶矩结构可靠度分析方法计算焊接节点的可靠度指标和失效概率，通过与目标结构可靠度指标比较分析，对正交异性钢桥面板进行安全性评定。研究结构表明，在不同荷载作用下，结构应力法计算得到的结构应力对单元类型和网格尺寸不敏感，并且利用结构应力计算结果作为结构功能函数的随机变量能有效地对正交异性钢桥面板进行可靠度评估。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 考虑应力集中效应的结构受力性能分析

1．2．2 考虑不确定性的钢桥可靠度评估

1．3 研究内容及技术路线

第二章 钢桥焊接节点结构热点应力分析方法

2．1 前言

2．2 名义应力分析方法

2．3 热点应力分析方法

2．3．1 概述

2．3．2 热点应力的定义

2．3．3 焊趾热点的分类

2．3．4 热点应力的确定

2．4 热点应力计算方法

2．4．1 直接提取法

2．4．2 表面外推法

2．4．3 结构应力法

第三章 正交异性钢桥面板焊接节点结构热点应力有限元分析

3．1 有限元分析原则

3．2 正交异性钢桥面板有限元模型

3．2．1 构件描述

3．2．2 有限元模型

3．3 结果分析及讨论

3．4 小结

第四章 基于网格不敏感结构应力方法的钢桥面板可靠度评估

4．1 概述

4．2 结构可靠度理论

4．2．1 结构可靠度基本原理

4．2．2 结构可靠度计算方法

4．2．3 目标可靠度指标确定

4．3 基于网格不敏感结构应力法的结构可靠度评估

4．3．1 结构应力分析

4．3．2 结构可靠度评估

4．4 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所发表论文及参与的项目