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公路钢筋混凝土桥梁面板疲劳数值分析方法研究

作　者: 闫广鹏
导　师: 朱劲松
学　校: 天津大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 钢筋混凝土桥面板车辆荷载等效疲劳荷载疲劳本构关系数值模拟 ABAQUS
分类号: U441.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着交通基础设施建设速度的加快,桥梁作为交通运输中的重要一环,在高速铁路、公路和城市轻轨方面的应用越来越广泛。但随着现今交通量的迅速增长,荷载水平大幅度提高,桥梁结构的疲劳问题也越来越突出。桥梁在日常运营中承受着各种轴重车辆的反复作用,桥梁的整个使用过程就是疲劳损伤累积的过程。桥面板作为桥梁的上部结构,直接承受着来往车辆的作用,最容易在反复荷载的作用下产生疲劳损伤,危及正常的行车安全。所以研究其材料性能随循环荷载的退化规律,准确的识别桥面板是否损伤,预测疲劳使用寿命,以求在必要时进行相应的加固措施,这对整个桥梁结构的运营安全性具有十分重要的意义。本文对车辆荷载进行了简化处理,采用荷载谱中的轴重模型对桥面板加载,得到各轴重加载下的内力幅值,采用雨流法将这些内力幅值处理成规则的内力幅频谱值,然后根据等效原则获得等效疲劳内力幅值,从而得到等效疲劳荷载。采用这种办法,在保证对桥面板产生的疲劳损伤基本相同的情况下,对复杂离散的车辆荷载作用进行了换算,使疲劳数值模拟的过程大为简化。本文基于规范中规定的静载下混凝土的本构关系,考虑了混凝土的弹性模量在整个疲劳加载过程中不断发生衰减,结合试验数据和相关的疲劳参量退化公式,推导得到了适用于混凝土的受压和受拉疲劳本构关系;以钢筋的使用面积不断减小为参量,考虑了钢筋在整个疲劳加载过程中的退化;对现有的疲劳全过程分析法进行了改进,根据混凝土疲劳性能发展的三段性规律,对荷载步的划分进行了优化,在保证分析结果精度的情况下加快了分析速度。本文采用有限元软件ABAQUS对一块试验板和某实际桥面板进行疲劳数值模拟,检验了推导的疲劳本构关系的可靠性,提出了疲劳全过程设计分析方法,预测了实际桥面板的疲劳寿命,研究了钢筋混凝土板的正截面疲劳性能:在循环荷载作用下仍可采用平截面变形假定,混凝土的疲劳退化呈现出三阶段变化规律,破坏的主要原因是残余应变的积累;钢筋的破坏主要是因为有效使用面积在疲劳加载过程中不断减小,钢筋和混凝土之间的相互作用逐渐减弱,钢筋的应力不断增加至屈服强度所导致。

公路钢筋混凝土桥梁面板疲劳数值分析方法研究

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