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下承式钢桁梁桥整体节点的疲劳性能研究

作　者: 姜丽梅
导　师: 江阿兰
学　校: 大连交通大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 整体节点疲劳钢桁梁桥有限元
分类号: U441.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着铁路钢桥跨度的增大及焊接技术的成熟,整体节点技术在铁路钢桥中得到了广泛的应用,但随之出现的疲劳问题也日益凸显。由于列车提速对桥梁疲劳承载力有较大的影响。因此,掌握桥梁在疲劳荷载作用下的响应状况及危险构件的疲劳性能,对于桥梁的安全使用具有重要意义。本文以某下承式钢桁梁桥为工程背景,结合国内外先进的理论和方法,主要从桥梁在疲劳荷载下的动力响应,整体节点的疲劳性能两个方面进行了相关的研究。首先,对疲劳发生的特点及过程,常用的S-N曲线,荷载谱,应力谱,内力历程,线性Miner损伤累积理论等概念及理论进行了介绍,并综述了常用疲劳寿命分析方法的优缺点。其次,对钢桥整体节点所含有的构造细节,影响整体节点疲劳强度的因素,提高焊接钢结构的方法及整体节点的疲劳性能进行了详细阐述,总结出了设计与制造过程中应注意的问题。再次,结合某下承式钢桁梁桥的具体设计,建立了该桥的详细有限元模型。通过对比模拟结果与其他研究结果,验证了本模型的可靠性,基本可以反映出实际桥梁的状态,能够作为基准有限元模型。在此基础上,对桥梁施加了疲劳荷载,分别揭示了桥梁在单线,双线,四线加载情况下的内力特性,并依此选取了疲劳危险点。最后,给出了疲劳分析流程及雨流分析流程。对整体节点进行了静力分析和疲劳分析,并根据名义应力法评估了整体节点的疲劳寿命。研究表明,该桥在正常使用年限内处于安全状态,不会发生疲劳破坏。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 选题的背景及意义  10-11
    1.1.1 选题背景  10
    1.1.2 选题的意义  10-11
  1.2 铁路钢桥整体节点的发展概况  11-14
    1.2.1 整体节点在钢桥中的应用  11-12
    1.2.2 钢结构桥梁整体节点的疲劳问题  12
    1.2.3 钢桥整体节点疲劳性能研究的国内外现状  12-14
  1.3 本文的工程背景及主要研究工作  14-16
    1.3.1 工程背景  14
    1.3.2 本文的研究内容  14-16
第二章疲劳理论  16-25
  2.1 疲劳破坏特点及过程  16-17
    2.1.1 疲劳破坏特点  16
    2.1.2 疲劳破坏的过程  16-17
  2.2 荷载谱、应力谱和应力时程  17-18
    2.2.1 荷载谱  17
    2.2.2 应力谱和应力时程  17-18
  2.3 S-N曲线  18-20
  2.4 疲劳累积损伤理论  20-22
  2.5 疲劳寿命评估方法  22-23
    2.5.1 传统的基于S-N曲线的疲劳寿命评估方法  22-23
    2.5.2 基于断裂力学法的疲劳寿命评估方法  23
    2.5.3 损伤力学的方法  23
  2.6 影响钢结构疲劳强度的因素  23-24
  本章小结  24-25
第三章钢桥整体节点  25-35
  3.1 钢桥整体节点的形式及发展运用  25-26
  3.2 钢桥整体节点的构造细节  26-27
  3.3 影响焊接整体节点疲劳强度的因素  27-31
    3.3.1 应力集中的影响  27-30
    3.3.2 焊接残余应力的影响  30
    3.3.3 其他影响因素  30-31
  3.4 加强焊接钢结构疲劳强度的方法  31-32
    3.4.1 降低应力集中的影响  31
    3.4.2 调整残余应力场  31-32
    3.4.3 涂层保护  32
    3.4.4 减少焊接缺陷  32
  3.5 整体节点的疲劳强度综述  32-33
  本章小结  33-35
第四章整桥受力性能分析及疲劳节点选取  35-51
  4.1 工程概况  35
  4.2 全桥有限元模型建立及分析  35-42
    4.2.1 模拟方法的选取  35-36
    4.2.2 建模细节  36-37
    4.2.3 全桥的静力分析  37-39
    4.2.4 全桥的模态分析  39-42
  4.3 高速铁路疲劳荷载、桥梁活载作用下的内力和危险点选取  42-45
    4.3.1 高速铁路疲劳荷载  42
    4.3.2 桥梁在活载作用下的内力特性  42-45
    4.3.3 疲劳危险点的选取  45
  4.4 整体节点模型的建立  45-48
    4.4.1 整体节点简介  45-46
    4.4.2 局部分析的常用方法  46-47
    4.4.3 焊缝模拟  47
    4.4.4 单元类型及材料参数  47-48
  4.5 荷载及边界条件施加  48-49
  4.6 几何模型的建立  49
  本章小结  49-51
第五章整体节点疲劳性能分析  51-65
  5.1 整体节点的静力分析  51-54
  5.2 用ANSYS-fatigue分析  54-55
    5.2.1 软件及计算过程介绍  54
    5.2.2 有限元分析结果  54-55
  5.3 疲劳寿命评估  55-64
    5.3.1 疲劳寿命分析流程  55-56
    5.3.2 整体节点处的应力时程曲线  56-58
    5.3.3 雨流计数法  58-61
    5.3.4 疲劳累积损伤  61-63
    5.3.5 等效内力幅的计算  63
    5.3.6 危险部位的疲劳寿命评估  63-64
  本章小结  64-65
结论与展望  65-67
  结论  65
  展望  65-67
参考文献  67-69
攻读硕士期间发表论文情况  69-70
致谢  70

下承式钢桁梁桥整体节点的疲劳性能研究

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