车辆荷载作用下大跨径预应力矮塔斜拉桥的疲劳分析及寿命评估

摘要

论文基于有限元软件ANSYS对辽宁省大连市长山大桥进行车辆荷载作用下的结构疲劳分析及寿命评估，长山大桥是国内东北地区首座跨海预应力矮塔斜拉桥。
　　首先对国内外矮塔斜拉桥的发展概况以及疲劳分析进展作了对比和总结。从桥梁结构上来讲，部分斜拉桥不同于普通斜拉桥，部分斜拉桥的斜拉索实质上起着体外预应力索的作用，是一种刚柔并济的桥型，国内外越来越多矮塔斜拉桥的出现为桥梁的发展提供了更为广阔的空间。近年来，桥梁因疲劳破坏而造成的事故层出不穷，结构的疲劳问题也逐渐成为国内外学者研究的重点。
　　疲劳车辆载荷谱的确定是研究车载下桥梁疲劳特性的关键，确定方法主要有规范法、调查法和实测法。英国的BS5400新疲劳设计规范、美国AASHTO公路桥梁设计规范以及欧洲钢结构疲劳设计规范中对标准疲劳车均有规定，本文由于长山大桥尚未通车，这里将采用美国标准疲劳模型车来进行加载。
　　根据结构静力分析确定疲劳“热点”，这里主要对桥梁结构的斜拉索、主梁跨中、塔梁墩固结处、边跨跨中以及中跨跨中部分进行了结构疲劳分析，结构的疲劳取决于反复荷载作用下节点的应力幅值。对于斜拉索来讲，找出行车荷载下应力幅最大的拉索，并根据该拉索的S-N曲线以及疲劳损伤准则对该拉索进行寿命评估，论文还分析了各拉索在行车荷载作用下的应力变化规律;对于钢筋混凝土梁段，绘制主梁梁段疲劳“热点”处的影响线以寻找出该“热点”的最不利荷载位置，然后结合钢筋混凝土梁的疲劳特性并利用疲劳分析软件FE-SAFE对其寿命进行评估。
　　根据以上分析结果，对矮塔斜拉桥的疲劳分析方法进行了总结，为斜拉桥的疲劳分析及寿命评估提供了一些依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 矮塔斜拉桥概述

1．3 国内外矮塔斜拉桥发展情况简介

1．3．1 国外矮塔斜拉桥发展情况

1．3．2 国内矮塔斜拉桥发展情况

1．4 国内外桥梁疲劳分析现状

1．5 本文主要研究内容及意义

第2章 疲劳分析理论及疲劳车确定

2．1 疲劳破坏的特征

2．2 疲劳荷载类型与S-N曲线

2．2．1 疲劳荷载类型

2．2．2 材料的S-N曲线

2．3 钢筋混凝土梁疲劳分析及寿命评估

2．3．1 混凝土疲劳破坏原理

2．3．2 钢筋疲劳破坏原理

2．3．3 钢筋混凝土结构的疲劳破坏形式

2．3．4 混凝土构件疲劳性能及S-N曲线

2．3．5 钢筋抗拉疲劳性能及S-N曲线

2．3．6 钢筋混凝土梁疲劳性能和及其S-N曲线

2．3．7 钢筋混凝土疲劳损伤累积理论

2．4 ANSYS／FE-SAFE疲劳分析功能简介

2．4．1 FE-SAFE概述

2．4．2 疲劳分析功能

2．5 疲劳车辆荷载谱确定方法

2．6 疲劳车加载形式的确定

2．7 小结

第3章 有限元模型建立及寻找易疲劳破坏的位置

3．1 长山大桥工程概况

3．2 长山大桥模型简介

3．3 长山大桥的模态分析及疲劳细节确定

3．3．1 长山大桥的模态分析

3．3．2 长山大桥疲劳细节确定

3．4 小结

第4章 斜拉索的疲劳分析及寿命评估

4．1 斜拉索的疲劳分析

4．2 影响斜拉索疲劳性能的因素

4．2．1 斜拉索尺寸的影响

4．2．2 斜拉索长度的影响

4．2．3 高强钢丝、钢绞线品质对疲劳性能的影响

4．3 斜拉索在行车荷载作用下的寿命估算

4．3．1 绘制拉索影响线寻找最不利荷载位置

4．3．2 疲劳荷载的施加方法

4．3．3 行车荷载作用下拉索应力时程曲线分析

4．3．4 不同荷载组合下各斜拉索应力分析

4．4 长山大桥斜拉索安全寿命预测

4．4．1 一列车队经过桥面时拉索的损伤

4．4．2 多列车队经过桥面时拉索的损伤

4．4．3 确定拉索疲劳寿命

4．5 小结

第5章 钢筋混凝土主梁寿命的评估

5．1 寻找主梁关键部位荷载最不利位置

5．2 主梁关键部位的疲劳分析

5．3 拉索锚固区的疲劳分析

5．4 小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢

作者简介