系桿拱橋吊桿腐蝕疲勞與安全性研究.pdf

1、系桿拱橋作為一種結(jié)構(gòu)形式變化多樣，受力合理的橋梁形式，受到工程界和城市規(guī)劃者的青睞，并因此成為我國許多城市景觀橋梁和公路橋梁的首選。但是，系桿拱橋長期處于室外環(huán)境下，吊桿受到氣體及雨水、海水等腐蝕，并承受大量的交通荷載和風荷載等循環(huán)荷載，由此造成的吊桿腐蝕疲勞問題也逐漸暴露出來。吊桿的腐蝕疲勞破壞嚴重影響了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，并逐漸成為其在當今系桿拱橋建設(shè)中的制約因素。
　　 本文在對拱橋吊桿腐蝕疲勞破壞機理分析的基礎(chǔ)上，采用理論

2、推導(dǎo)、數(shù)值模擬方法分析了系桿拱橋吊桿在疲勞和腐蝕組合效應(yīng)下的力學性能及變化規(guī)律，對一座實際系桿拱橋的吊桿的腐蝕疲勞壽命做了預(yù)測計算，在此基礎(chǔ)上研究吊桿因腐蝕疲勞造成的剛度下降對于全橋的安全性影響。本文的主要研究過程及結(jié)果如下：
　　 （1）分析總結(jié)了目前系桿拱橋吊桿的破壞主要原因為：防護失效造成的腐蝕作用和車輛荷載的疲勞作用對系桿拱橋吊桿的組合效應(yīng)，直接導(dǎo)致吊桿鋼絲腐蝕疲勞破壞。
　　 （2）總結(jié)分析了吊桿疲勞的原理與過

3、程，并與一般靜力破壞相比較。采用模擬法和實測法得到吊桿的應(yīng)力幅和循環(huán)次數(shù)，即應(yīng)力過程，并統(tǒng)計得到吊桿的應(yīng)力譜。S-N曲線反映吊桿的構(gòu)造細節(jié)，通過Goodman直線對其修正拉伸應(yīng)力的影響，以線性累計損失模型計算其損傷度。本文對比分析了國內(nèi)外規(guī)范對疲勞計算的有關(guān)規(guī)定和計算方法的優(yōu)劣，結(jié)果表明對于系桿拱橋吊桿疲勞計算，主要以單疲勞車加載，驗算應(yīng)力幅為主。
　　 （3）分析了在氣體環(huán)境與含水環(huán)境中吊桿的腐蝕疲勞機理、有關(guān)腐蝕理論模型、以

4、及影響吊桿腐蝕疲勞的主要因素?？紤]吊桿的平均應(yīng)力對疲勞性能與腐蝕速率的影響，以均勻腐蝕模型與凈截面理論為基礎(chǔ)，提出了一個新的吊桿腐蝕疲勞模型。
　　 （4）應(yīng)用MIDAS有限元軟件建立了泰東河系桿拱橋的三維有限元模型，分析了不同吊桿剛度條件下全橋的內(nèi)力分布與線型。結(jié)果表明，吊桿由于腐蝕疲勞造成的剛度下降，對于拱橋各部分內(nèi)力影響不大，但是吊桿的應(yīng)力及應(yīng)力幅大幅提高，進而加劇吊桿的疲勞破壞。同時，吊桿剛度下降，橋梁線型變化較大，進而