鋼箱梁正交異性橋面板疲勞機(jī)理研究.pdf

1、正交異性鋼橋面板具有自重輕、承載力高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為大跨度橋梁的首選橋面板結(jié)構(gòu)。但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在較多易產(chǎn)生疲勞的部位，頻繁誘發(fā)疲勞裂紋。目前疲勞開裂已成為鋼結(jié)構(gòu)體系橋梁發(fā)展的控制性難題，疲勞裂紋呈現(xiàn)普遍性、早發(fā)性、多發(fā)性、重復(fù)性的特征，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的使用性能，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，從而造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。正交異性鋼橋面板各疲勞細(xì)節(jié)（易疲勞部位）主要對車輛輪載作用位置敏感，重車道下方輪跡線

2、范圍內(nèi)橫隔板兩相鄰開孔間又是面板最薄弱的部位，抗疲勞性能較差，容易產(chǎn)生疲勞裂紋。根據(jù)已有的資料，該處疲勞裂紋約占正交異性鋼橋面板疲勞裂紋的1/3以上，有的統(tǒng)計(jì)甚至高達(dá)80％。相關(guān)學(xué)者們作了大量研究，但是對于橫隔板開孔部位疲勞裂紋頻繁出現(xiàn)的原因至今尚不完全清楚，這已成為鋼橋疲勞研究的難題。為此，本文采用理論分析、模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬技術(shù)相結(jié)合的方法，對正交異性鋼橋面板的疲勞進(jìn)行了研究，重點(diǎn)對荷載作用下輪跡線范圍內(nèi)橫隔板兩相鄰開孔部位的面外變

3、形和疲勞裂紋產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了深入的探索，揭示了在荷載作用下，橫隔板彈塑性局部屈曲引起面外變形，從而誘發(fā)裂紋的機(jī)理。研究的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)裂紋塑性和尾跡場循環(huán)塑性分析
　　針對裂紋提前閉合和過載情況下裂紋擴(kuò)展滯后的問題，采用數(shù)值模擬方法對裂紋塑性和尾跡場循環(huán)塑性進(jìn)行了研究，揭示了裂紋提前閉合的原因，闡明了過載情況下裂紋擴(kuò)展滯后的機(jī)理。
　　(2)橫隔板開孔部位產(chǎn)生面外變形的原因分析
　　從橋梁結(jié)構(gòu)的

4、穩(wěn)定理論出發(fā)，根據(jù)局部屈曲理論，采用數(shù)值方法，首次對輪跡線范圍內(nèi)的橫隔板兩相鄰開孔部位產(chǎn)生面外變形的原因進(jìn)行了分析，揭示了該部位面外變形是由彈塑性局部屈曲引起的機(jī)理。根據(jù)分析結(jié)果，闡明了疲勞損傷與局部屈曲的關(guān)系。
　　(3)橫隔板開孔部位產(chǎn)生裂紋的力學(xué)機(jī)理研究
　　基于局部屈曲分析和試驗(yàn)結(jié)果，從斷裂力學(xué)和疲勞裂紋的基本原理出發(fā)，采用有限元法對面板模型進(jìn)行數(shù)值分析，結(jié)果表明橫隔板開孔部位易出現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)，考慮熱點(diǎn)應(yīng)力的疊加作用，

5、主應(yīng)力超過該細(xì)節(jié)的常幅疲勞極限從而產(chǎn)生了裂紋，揭示了荷載引起的面外變形是該部位疲勞裂紋發(fā)生的主要原因。
　　利用不連續(xù)伽遼金擴(kuò)展有限元法(DG-XFEM)對疲勞裂紋的擴(kuò)展進(jìn)行了仿真分析，裂紋擴(kuò)展的方向和路徑符合裂紋擴(kuò)展的基本理論，與試驗(yàn)結(jié)果和實(shí)橋中出現(xiàn)的類似裂紋一致。
　　(4)正交異性鋼橋面板主應(yīng)力歷程線的研究
　　基于兩種典型疲勞單車驗(yàn)算模型，采用有限元法分析了荷載縱、橫向移動(dòng)的主應(yīng)力歷程線的變化。結(jié)果表明:在對正