济南黄河公铁两用桥钢拉杆锚固形式节点试验与理论研究

摘要

青太高速铁路是煤运南通道的重要组成部分,属于中国客运专线“四纵四横”建设战略中一横。石济客运专线是在青太高速铁路中处于承上启下的重要组成部分,其中济南黄河公铁两用桥为石济铁路客运专线济南段重点控制工程。　　济南黄河公铁两用桥(128+3×180+128)m采用了刚性悬索加劲弦连续钢桁梁的结构形式,这种结构在国内公铁两用桥上属于首次应用。该桥首次设计和采用钢拉杆锚固形式节点,即刚性悬索加劲弦及其吊杆采用整体节点的连接方式。整体节点连接具有施工方便,受力性能好等优点。然而,目前国内缺乏对于该类节点的静力和疲劳性能的试验和理论研究。为确保济黄黄河公铁两用桥刚性悬索加劲弦结构的运营安全,需要开展对钢拉杆锚固形式节点的静力性能和疲劳性能的试验和理论研究。本文的研究将为济南黄河公铁两用桥的设计优化和安全施工提供科学依据。　　本文开展了如下研究工作:　　(1)为开展钢拉杆锚固形式节点的静力和疲劳试验研究,提出了比例为1∶1的足尺试验模型的设计方案,研发了相适应的大型自平衡加载装置,并针对此试验设计了加载和测试方案。　　(2)开展了钢拉杆锚固形式节点静力试验,研究了该节点在设计荷载下传力路径和应力分布。试验结果表明,钢拉杆锚固形式节点的静力性能是安全可靠的。　　(3)开展了钢拉杆锚固形式节点疲劳试验和破断试验,研究了该节点在疲劳循环荷载下的破坏情况。试验结果表明,钢拉杆锚固形式节点在200万次循环荷载后没有损坏,依然具有3.62倍的安全系数。　　(4)开展了钢拉杆锚固形式节点的静力模拟,确定了有限元模型的材料本构关系模型,以及复杂的加载方式和边界条件,比较了有限元计算结果和静力试验结果。结果表明,钢拉杆锚固形式节点在设计荷载下的静力性能是安全可靠的。　　(5)开展了钢拉杆锚固形式节点的疲劳性能评估,分别应用了名义应力法和等效结构应力法对该节点的焊缝疲劳性能进行了评估,并用FE-SAFE软件进行了疲劳寿命估算。结果表明,钢拉杆锚固形式节点的抗疲劳设计是安全可靠的。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 钢拉杆锚固形式节点

1．3 钢桥节点静力性能研究现状

1．4 钢桥节点疲劳性能研究现状

1．5 研究的主要内容

第2章 焊接钢结构疲劳性能及评估方法

2．1 疲劳破坏的概念及破坏特征

2．1．1 疲劳的概念

2．1．2 疲劳破坏的特征

2．2 S-N疲劳曲线

2．3 疲劳寿命的评估方法

2．4 名义应力法

2．4．1 名义应力谱确定

2．4．2 焊接接头的S-N曲线确定

2．4．3 疲劳计算

2．5 等效结构应力法

2．5．1 等效结构应力法的特点

2．5．2 网格不敏感结构应力的计算方法

2．5．3 等效结构应力转化

2．6 本章小结

第3章 钢拉杆锚固形式节点试验的模型设计

3．1 引言

3．2 试验内容和试验目的

3．3 试验模型设计与制作

3．4 试验加载系统

3．5 试验加载方案

3．6 试验测试方案

3．7 材性试验

3．8 本章小结

第4章 钢拉杆锚固形式节点试验的测试分析

4．1 引言

4．2 静力试验数据分析

4．2．1 试验过程

4．2．1 加劲弦应变分析

4．2．3 加劲弦与钢拉杆连接区域应变分析

4．2．4 静载试验钢拉杆应变分析

4．3 疲劳中静载试验结果分析

4．3．1 试验过程描述

4．3．2 试验结果分析

4．4 破断试验结果分析

4．4．1 试验过程描述

4．4．2 试验结果分析

4．5 本章小结

第5章 钢拉杆锚固形式节点静力性能分析

5．1 引言

5．2 有限元分析模型

5．2．1 基本假定

5．2．2 材料的本构关系模型

5．2．3 单元的选取和网格划分

5．2．4 加载方式、边界条件和方程求解

5．3 试验应力分析方法

5．4 试验验证

5．4．1 应力结果比较

5．4．2 位移

5．5 静力试验应力应变分析

5．5．1 试件整体应力分布

5．5．2 节点核心区正应力分布

5．5．3 节点核心区剪切应力分布

5．6 本章小结

第6章 钢拉杆锚固形式节点疲劳性能分析

6．1 引言

6．2 带焊缝细节的有限元模型

6．3 基于名义分析法的疲劳性能评估

6．3．1 名义应力法相关公式

6．3．2 焊缝疲劳验算

6．4 FE-SAFE及其Verity模块简介

6．5 基于等效结构应力的疲劳分析

6．6 基于FE-SAFE软件的疲劳安全性能评价

6．6．1 基本设置

6．6．2 疲劳寿命估算

6．7 本章小结

第7章 结论与建议

7．1 本文的结论

7．2 本文的建议

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况