新型镦边U肋正交异性钢桥面板疲劳性能研究

摘要

正交异性钢桥面板发展面临的主要问题在于良好的受力性能与高疲劳病害风险之间的矛盾，其中顶板与纵肋焊接构造细节是正交异性钢桥面板疲劳病害危害最为严重的部位之一。从传统正交异性钢桥面板本身结构体系出发来改善其疲劳性能，虽然取得了一定的进展，但这一部位的疲劳病害案例仍然不断涌现。在传统正交异性钢桥面板的基础上，通过改进创新得到的结构形式来改善结构的疲劳性能，是促进正交异性钢桥面板应用并推动其可持续发展的可行途径之一。以新型镦边U肋正交异性钢桥面板为研究对象，开展了以下几个方面进行研究工作:
　　(1)简要概述了正交异性钢桥面板的发展历程，疲劳问题的产生原因及疲劳分析的基本理论和相关基本概念。介绍了新型结构的研究现状，引入新型镦边U肋正交异性钢桥面板，阐述了其提出背景和设计理念。
　　(2)对缺口应力法进行了全面的介绍，详细阐述了缺口应力法的理论基础，总结了缺口应力法的特点及与名义应力法、热点应力法的异同。讨论了影响缺口应力法的关键因素:疲劳缺口系数，疲劳寿命曲线以及缺口应力求解方法。
　　(3)分析正交异性钢桥面板各构造细节参数对缺口应力及疲劳缺口系数的影响，结果表明:增大顶板厚度可以有效改善顶板与纵肋焊接构造细节各疲劳关注细节的应力集中情况，增大U肋厚度主要减小U肋焊趾处应力，开口角度对项板焊趾处应力影响最显著，而增大焊缝熔深对焊根处应力集中有所改善。相关结论可为提高钢桥面板的疲劳性能作参考。
　　(4)对顶板与纵肋焊接构造细节已有疲劳试验的名义应力数据进行再分析，并转换为对应的缺口应力。结果表明缺口应力疲劳数据均位于IIW推荐的FAT225曲线之上，因此缺口应力法可以很好地应用在该构造细节的疲劳评价中。
　　(5)采用缺口应力法对新型镦边U肋正交异性钢桥面板疲劳寿命进行了评估，并对相关关键问题进行了研究。结果表明:缺口应力可以作为焊根或焊趾疲劳性能的有效评估指标，判别其疲劳性能的差异，相对而言，焊根处更易萌生裂纹;新型镦边U肋相较于传统U肋，可以较好的改善该构造细节顶板焊趾及U肋焊趾处疲劳性能，但对焊根处应力改善效果不显著。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 正交异性钢桥面板的发展及应用

1．3 正交异性钢桥面板疲劳性能研究现状

1．3．1 疲劳基本概念及分析理论

1．3．2 钢桥面板疲劳问题

1．3．3 国内外研究概况

1．3．4 新型结构研究现状

1．4 新型镦边U肋正交异性钢桥面板设计理念

1．5 主要研究内容及方法

第二章 缺口应力方法的理论基础及应用

2．1 缺口应力法的概念及背景

2．2 缺口应力法的原理

2．2．1 微观支撑理论

2．2．2 临界距离法

2．2．3 应力平均法

2．2．4 虚拟缺口半径的取值

2．3 缺口应力集中系数及疲劳缺口系数

2．4 不同焊接接头的缺口应力S-N曲线

2．5 缺口应力法疲劳寿命评估流程

2．6 本章小结

第三章 正交异性钢桥面板的缺口应力有限元分析

3．1 建立有限元模型

3．1．1 疲劳关注细节选取

3．1．2 子模型技术

3．1．3 网格尺寸对缺口应力的影响

3．2 正交异性钢桥面板缺口应力参数分析

3．2．1 参数的选取

3．2．2 顶板厚度的影响

3．2．3 U肋厚度的影响

3．2．4 开口角度的影响

3．2．5 焊缝熔深的影响

3．3 正交异性钢桥面板的缺口应力法S-N曲线

3．4 本章小结

第四章 新型镦边U肋构造细节疲劳性能研究

4．1 基于缺口应力法的疲劳寿命评估

4．1．1 新型镦边U肋构造细节有限元模型

4．1．2 疲劳荷载及加载方式

4．1．3 横向最不利位置

4．1．4 纵向应力历程

4．1．5 疲劳寿命评估

4．2 缺口应力与热点应力结果对比

4．2．1 热点应力法计算理论及方法

4．2．2 基于热点应力法的疲劳寿命评估

4．2．3 疲劳寿命结果对比

4．3 新型镦边U肋与传统钢桥面板疲劳性能对比

4．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士研究生学位期间参加的科研工作及论文发表