正交異性鋼橋面板疲勞裂紋擴展過程數(shù)值模擬及其修復方法研究.pdf

1、正交異性鋼橋板憑借其承載能力大、自重輕、施工快和結(jié)構(gòu)美觀等優(yōu)點,很好的解決了橋梁的自重、承重和跨徑之間的矛盾,已經(jīng)成為大跨徑鋼橋的首選橋面形式。對于正交異性鋼橋面板來說,由于其不但要承受其頂部車輛的循環(huán)作用,而且作為主梁的一部分共同參與受力,從而造成局部承受的應力循環(huán)次數(shù)過多,且在梁體焊接過程中會引起不可避免的應力集中及焊接缺陷,使得鋼橋面板在運營一段時間后,極易產(chǎn)生疲勞裂紋。大跨度鋼橋一旦出現(xiàn)疲勞裂紋,不僅維修困難、費用昂貴,而且會引

2、起橋梁突然破壞的災難性事故。目前疲勞開裂導致其維修加固需求十分突出,而一些維修加固的方法并不是十分有效,主要是對其疲勞失效機理的研究尚不深入。
　　為了追蹤正交異性鋼橋面板的疲勞裂紋擴展過程,為通用的正交異性板的鋼橋的抗疲勞設計和開裂加固提供理論指導,本文提出了基于實橋有限元模型進行正交異性鋼橋面板疲勞裂紋擴展模擬的方法和流程,并對國內(nèi)外鋼橋裂紋修復方法進行了分類匯總。具體研究內(nèi)容及成果如下:
　　1、提出了考慮疲勞荷載模型

3、、車輛輪軸橫向分布、平均日交通量、交通量年增長率、沖擊系數(shù)等多種因素影響下,橋面板中各部位等效應力幅的計算方法,從而得到了更接近實際的等效應力幅計算公式。
　　2、提出了一種基于通用有限元軟件的鋼橋面板疲勞裂紋擴展過程數(shù)值模擬方法。首先,建立橋梁整體有限元模型,進行恒載及活載作用下的整體分析,并結(jié)合實橋調(diào)查結(jié)果確定全橋疲勞關(guān)鍵部位;然后,建立包含焊接細節(jié)的疲勞關(guān)鍵部位的精細化模型進行疲勞應力幅分析,同時基于車橋耦合振動分析考慮沖擊

4、系數(shù)對應力幅的影響,確定裂紋擴展方向、路徑及壽命,進行疲勞裂紋擴展全過程分析。
　　3、以某既有大跨度橋梁的鋼橋面板疲勞裂紋擴展為例,驗證了本文方法和計算流程的可行性、計算結(jié)果的準確性,研究了橋面鋪裝層、路況、車輛超載及交通量年增長率等因素對疲勞裂紋擴展壽命的影響,并為該橋運營期疲勞失效維修與加固提供了理論依據(jù)。
　　4、對正交異性鋼橋面板疲勞裂紋修復方法進行了匯總分析,研究成果可為各個疲勞細節(jié)部位維修加固方案的制定提供參考