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正交异性钢桥面板纵肋疲劳问题改进措施研究

正交异性钢桥面板纵肋疲劳问题改进措施研究

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作者：陈柳西南交通大学

学位级别：硕士

正交异性钢桥面板虽然优点显著,但是其疲劳问题突出,严重影响了桥面板的使用寿命和安全性能。纵肋和横隔板连接焊缝疲劳细节具有结构复杂、裂纹数量较多、焊接质量难以保证等特点,是正交异性钢桥面板最易发生疲劳开裂的部位之一。本文... 详细信息

正交异性钢桥面板虽然优点显著,但是其疲劳问题突出,严重影响了桥面板的使用寿命和安全性能。纵肋和横隔板连接焊缝疲劳细节具有结构复杂、裂纹数量较多、焊接质量难以保证等特点,是正交异性钢桥面板最易发生疲劳开裂的部位之一。本文以此处疲劳细节为研究对象,以降低第二体系效应造成的应力水平为目的,对正交异性钢桥面板进行分析,并提出了一种新型纵肋支撑构造。基于等效结构应力法,对该新型构造支撑下的桥面板疲劳性能进行了研究评估。本文开展的主要研究工作总结如下:(1)阐述了正交异性钢桥面板的发展历程,总结了正交异性钢桥面板的受力特点及常见病害,并对国内外现有解决病害的方案进行了介绍。(2)介绍了纵肋与横隔板连接部位的疲劳破坏形式和相关研究方法;并对等效结构应力法的基本理论和疲劳分析过程及使用原因进行了介绍。(3)建立传统正交异性钢桥面板有限元模型,研究了顶板厚度、纵肋腹板厚度和横隔板厚度及间距对纵肋与横隔板连接焊缝关注细节处等效结构应力的影响,研究结果表明:增大顶板厚度、纵肋腹板厚度和横隔板厚度都能够有效降低疲劳关注细节的等效结构应力,提高疲劳性能,但等效结构应力对横隔板间距的变化并不敏感。(4)基于纵肋与横隔板连接处的疲劳开裂机理和成因分析,提出一种位于纵肋底部和横隔板间的支撑结构,建立有限元模型,基于等效结构应力法对高应力区的疲劳细节进行了疲劳寿命预测,并与大纵肋钢-UHPC组合桥面板和传统正交异性钢桥面板疲劳性能进行了对比,证明了支撑结构对于降低第二体系效应造成的疲劳应力有较大作用。(5)对支撑结构的合理参数取值进行了计算分析,将支撑结构应用在大纵肋钢-UHPC正交异性组合桥面板,建立有限元模型,以确定的疲劳控制部位为关注细节,基于等效结构应力法,进行评估对比,结果说明设置支撑结构的组合桥面板应力水平大幅降低,疲劳寿命达到无限使用疲劳寿命,是一种非常有效的改进结构。

关键词：正交异性钢桥面板桥面铺装等效结构应力第二体系效应疲劳损伤

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