钢箱梁纵肋横隔板连接处裂纹疲劳机理及优化设计 -中国道桥网

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资料名称:	钢箱梁纵肋横隔板连接处裂纹疲劳机理及优化设计
资料大小:	4,477,488(字节)
上传用户:	Cn_tf
上传时间:	2021/7/8
资料类别:	工程论文
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正交异性钢桥面板(以下简称OSD结构)具有可模块化预制、加快施工速度、提高使用寿命和减轻桥梁上部结构自重等众多优点，一经提出即受到各国研究人员和工程师的广泛关注和应用。但随着OSD结构投入使用，其疲劳问题也被暴露，其中主要原因包括：局部荷载问题突出；影响线短，疲劳荷载重复作用；构造复杂，易产生应力集中；焊接连接处会产生焊接残余应力。国内外学者进行了多年研究，并取得大量研究成果，但疲劳问题并没有得到彻底解决，因此对此问题进行更深一步研究。
　　论文以一座现有的桥梁为原型，在此基础上对纵肋与横隔板连接处(Rib-Floorbeam，以下简称FB)的疲劳控制应力和应力组成进行分析，拟定构造优化的相应思路。从OSD结构的构造出发，对其设计参数和构造细节进行调整优化，以达到降低疲劳应力、提高疲劳寿命的预期，主要研究工作如下：
　　(1)建立整体有限元模型和子模型，比较不同建模情况下有限元计算结果，选取分析较为快捷且对计算结果影响不大的建模方式。比较模型计算结果中的应力集中位置与统计中易发生疲劳破坏的位置，选取研究工作关注位置分别为U肋上A点和横隔板上B点。通过移动荷载工况分析横隔板和纵肋中的应力组成，发现横隔板上应力以面内应力为主，纵肋上应力以面外应力为主。绘制A、B两点的应力影响面，提取这两点的控制应力及主应力方向，发现这两点的影响面范围较小，受疲劳荷载影响严重，且主应力方向与疲劳裂纹方向相垂直。提取B点附近弧形开口处的主应力，发现弧形开口处曲线半径较小的区域，应力集中问题严重。
　　(2)依据各国规范建议并参考实际桥梁采用的弧形开口形式，建立具有不同开口形式的OSD结构有限元模型，以A、B两点的控制应力为指标进行比较分析。发现提高弧形开口的半径可以改善B点的疲劳性能，提出新型的开口形式，并验证了该形式对于改善A、B两点处的疲劳性能有良好效果。
　　(3)结合钢桥中横隔板的设计方法，计算得到依据刚度设计的横隔板厚度，远小于实际桥梁所采用的横隔板厚度。对具有不同横隔板厚度的OSD结构进行有限元分析，发现增加横隔板厚度可以有效降低A、B两点的控制应力，降低横隔板厚度可以降低B点的面外应力。提出变厚度横隔板的思路，提高横隔板上部厚度，保持横隔板下部厚度不变，计算证明该方法对于改善B点的疲劳性能有良好效果。
　　(4)参考美国规范的纵肋内隔板设置方法，在已有模型基础上设置内隔板，发现内隔板对于降低A点的控制应力有较好效果。提出设置双内隔板的新式构造的想法，经验证该构造对于改善A点疲劳性能有良好效果。