大跨度扁平钢箱梁正交异性桥面板受力特性及疲劳模型试验方案研究

摘要

扁平钢箱梁正交异性钢桥面板构造复杂、焊缝较多，疲劳开裂问题历来备受重视，世界范围内疲劳开裂事例时有报道。
　　本文依托重庆市江津区中渡长江大桥项目，对扁平钢箱梁正交异性桥面受力行为和疲劳性能做了初步的研究。首先建立原桥节段ANSYS有限元模型，车辆移动荷载采用荷载步的方法来模拟，计算时考虑了桥面铺装的作用，分析了加劲肋、横隔板及顶板的主应力受力状态，对最不利移动荷载作用位置进行了分析;然后对正交异性板结构的各设计参数（顶板厚度、U肋厚度及横隔板厚度）对疲劳敏感部位应力影响进行了分析研究;接着对疲劳试验模型进行了设计;最后研究了试验模型加载方案与测点布置。主要的研究内容与研究结论如下:
　　1、通过建立精细的中渡长江大桥钢箱梁节段有限元模型，对原桥扁平钢箱梁受力行为进行了初步的研究。并通过细致的分析得到了最不利受力位置及最不利移动荷载位置。通过研究分析发现，不同类型的横隔板对其连接处的加劲肋与顶板受力影响不同，且每种横隔出现最不利受力状况时对应的荷载位置和构造位置也不相同，H2横隔板对结构的受力影响最大，车辆荷载的第一个重轴作用在H2横隔板上方左右时，原桥受力最为不利。
　　2、对正交异性板结构的各设计参数（顶板厚度、U肋厚度及横隔板厚度）对疲劳敏感部位应力影响进行了分析研究。通过分析研究得到了顶板的厚度、U肋厚度及横隔板厚度对正交异性板结构疲劳敏感部位应力的影响情况。
　　3、通过初选疲劳试验模型基本设计结构，采用控制变量法探究了横隔板刚度、腹板刚度对模型等效性的影响，从而确定了横隔板高度、腹板高度和厚度等主要设计参数。然后再对试验模型的等效性进行验证，最终确定了试验模型结构构造等基本参数。
　　4、正交异性钢桥面板模型试验重点考察加劲肋与横隔板连接部位、横隔板开孔边缘应力集中部位及加劲肋与顶板连接部位疲劳敏感点的疲劳性能。基于此对试验模型进行了详细而又有针对性的测点布设。最后，结合试验场地及仪器设备等因素，确定了试验模型的加载方案。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 钢箱梁及正交异性钢桥面板发展概述

1．2 研究现状概述

1．2．1 国外研究现状简述

1．2．2 国内研究现状简述

1．3 论文工程背景及研究意义

1．3．1 工程背景

1．3．2 研究意义

1．4 论文研究的主要内容

第2章 中渡长江大桥原桥钢箱梁有限元模型分析

2．1 原桥节段ANSYS空间有限元模型

2．2 顶板疲劳敏感部位应力数据分析

2．2．1 主拉应力分析

2．2．2 主压应力分析

2．3 加劲肋疲劳敏感部位应力数据分析

2．3．1 主拉应力分析

2．3．2 主压应力分析

2．4 横隔板疲劳敏感部位应力数据分析

2．5 原桥最不利移动荷载位置分析

2．5．1 顶板测点最不利受力位置分析

2．5．2 加劲肋测点最不利受力位置分析

2．5．3 横隔板测点最不利受力位置分析

2．6 原桥最不利受力位置分析

2．7 考察构造部位应力分布情况

2．8 本章小结

第3章 正交异性桥面板构造参数影响规律研究

3．1 概述

3．2 研究方法与研究参数

3．2．1 研究方法

3．2．2 研究参数

3．3 计算结果分析

3．3．1 顶板厚度对疲劳敏感部位应力的影响

3．3．2 U肋厚度对疲劳敏感部位应力的影响

3．3．3 横隔板厚度对疲劳敏感部位应力的影响

3．4 本章小结

第4章 疲劳试验模型设计

4．1 模型设计影响因素分析

4．2 模型设计方法及优化方案

4．2．1 模型初始设计

4．2．2 模型等效性方法研究

4．2．3 模型结构参数影响分析

4．2．4 模型设计优化方案

4．3 模型等效性分析

4．4 本章小结

第5章 疲劳试验模型测点布置及加载方案设计

5．1 试验模型测点布置

5．1．1 测试内容

5．1．2 试验模型应变及挠度测点布置

5．2 模型试验加载方案研究

5．2．1 测试系统与测试方法

5．2．2 加载方法

5．2．3 加载顺序

5．3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果