车辆荷载作用下骑跨式吊索腐蚀疲劳性能分析

摘要

随着经济的快速发展和科技的日新月异，超过1000m的悬索桥的建设成为可能，其也是大跨径结构的首选桥梁类型。对于大部分永久桥梁来说，其设计寿命有100年甚至更多，但是，对于作为悬索桥关键组成部分的吊索而言，其理论设计寿命只有20年左右。实际上，国内外许多吊索在经过5~13年的使用后因为严重的腐蚀和破坏而不得不更换。对此，本文以某大跨悬索桥的骑跨式吊索为研究对象，进行的主要研究如下：
　　（1）本文采用数值模拟方法，进行全桥有限元模型的建立和模态频率验证；总结国内外的相关规范对中小跨径桥梁结构疲劳分析的车辆荷载加载方法，研究出一种适用于大跨悬索桥吊索疲劳分析的车辆荷载加载方法，并进行了车辆荷载纵、横向加载方法下大跨悬索桥吊索疲劳分析的比较。结果表明：现有国内外关于中小桥梁疲劳分析的车辆荷载加载方法不能满足大跨桥梁索构件疲劳分析的需要，本文提出的车辆荷载加载方法为大跨桥梁索构件的疲劳分析提供了一种比较合理的加载方法。
　　（2）本文采用有限元数值模拟的方法，比较了不同参数（加载车道、车辆中心距、疲劳寿命曲线和不同位置）对大跨悬索桥吊索的疲劳寿命的影响。计算结果表明：与全车道加载相比，只进行慢车道疲劳车辆加载得到的疲劳寿命更保守，因此建议车辆上桥前要将部分重车分流到快车道上；离吊索最近的车道是最不利车道，对吊索产生的疲劳损伤比重最大，在四个车道中占主导地位；当疲劳车辆中心间距相差大于60m时，纵向多车效应可以不考虑；疲劳寿命曲线修正前后吊索的疲劳寿命相差一倍左右，因此疲劳寿命曲线的选择至关重要；在北边跨和中跨的吊索，在材料、直径等参数保持一致的情况下，无论疲劳寿命曲线修正与否，吊索疲劳寿命随着吊索的长度的增大而增大，每跨的所有吊索中短吊索的疲劳寿命最小，因此短吊索是监控的重点；对同一跨度的吊索而言，在其他参数一致的情况下，只要长度相同，不同位置的吊索疲劳寿命可以认为是相同的。
　　（3）本文根据吊索与外界环境中腐蚀介质的接触先后顺序，分析腐蚀疲劳的作用机制，将吊索钢丝的腐蚀疲劳分为四个阶段，并分别计算各个阶段的生命周期，从而得到其腐蚀疲劳寿命，计算结果表明：以中跨的某吊索为例，对腐蚀疲劳四个阶段进行分析，吊索防腐蚀涂层和钢丝镀锌层腐蚀损耗周期占全周期的73.69％，因此在运营过程中要做好吊索的防腐蚀和检查养护工作；在北边跨和中跨的吊索，在材料、直径等其他参数都一致的情况下，短吊索的腐蚀疲劳寿命比长吊索的要短；腐蚀疲劳比“纯疲劳”造成的破坏大很多，使吊索的使用寿命变的更短，因此腐蚀疲劳是吊索失效的主要原因。

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1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

2大跨悬索桥吊索疲劳分析车辆荷载加载方法研究

2.1引言

2.2某大跨悬索桥工程概况

2.3大桥有限元模型的建立及验证

2.4标准疲劳车的确定

2.5大跨悬索桥吊索疲劳分析的车辆荷载纵向加载方法

2.6大跨悬索桥吊索疲劳分析的车辆荷载横向加载方法

2.7 本章小结

3车辆荷载作用下大跨悬索桥吊索疲劳寿命影响参数研究

3.1 引言

3.2 计算骑跨式吊索疲劳寿命的步骤

3.3 不同车辆加载车道对吊索疲劳寿命的影响

3.4 车辆中心距对吊索疲劳寿命的影响

3.5 不同疲劳寿命曲线对吊索的疲劳寿命的影响

3.6 吊索不同位置对其疲劳寿命的影响

3.7 本章小结

4大跨悬索桥骑跨式吊索的腐蚀疲劳寿命

4.1 引言

4.2 腐蚀疲劳机理

4.3 吊索的腐蚀疲劳全寿命分析

4.4 不同位置吊索的腐蚀疲劳全寿命

4.5 吊索的疲劳寿命与腐蚀疲劳寿命比较

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果