中承式超宽桥面拱桥吊杆断裂响应及损伤性分析

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中承式钢箱提篮拱桥因其充分体现拱肋的受压性能,且桥梁整体结构的稳定性较强而被广泛应用。吊杆在中承式拱桥中连接拱肋和桥面系,并将荷载传递给拱肋,由于吊杆受力较为复杂且易被腐蚀,导致吊杆的使用寿命远小于设计寿命,因此吊杆断裂往往是不可预测的,所以吊杆断裂引发桥面系垮塌事故时有发生。在已有研究中对超宽桥面钢拱桥吊杆断裂后剩余结构的动态响应研究较少,本文依托某在建拱桥为研究背景,建立ABAQUS有限元模型分析吊杆断裂后结构的动态响应和损伤吊杆的安全性,主要研究内容如下:(1)基于吊杆的静动力性能和桥面板的受力特性,建立桥面系的局部实体模型,计算在外荷载作用下钢筋混凝土桥面板的开裂位移和破坏位移,并以此作为桥面板的失效指标,同时给出吊杆和钢材的安全指标。(2)采用ABAQUS和MIDAS/CIVIL有限元软件建立全桥模型,计算各构件截面特征值,并与采用材料力学计算方法所得的截面特征值作对比,ABAQUS得到的特征值差异更小;计算两个模型的静力和动力性能参数,并相互验证,确保模型正确性。(3)使用ABAQUS有限元软件结合半动力模拟法分析吊杆断裂后拱桥的动态响应,主要研究断裂吊杆相邻吊杆的峰值应力、拱肋及桥面系的挠度、钢纵梁与钢横梁之间焊缝的综合应力,结果表明吊杆断裂对拱桥结构的影响具有“邻近性”特点,短吊杆对相邻吊杆应力和相邻横梁间相对位移影响最大,长吊杆断裂对整体挠度影响最大,当同侧双短吊杆断裂时,短吊杆峰值应力超过容许应力,可能会引起相邻吊杆连续断裂。(4)探讨了短吊杆和长吊杆在不同损伤率下的内力重分布规律,以及相邻吊杆断裂时损伤吊杆的安全性,得到损伤吊杆拉力与损伤率成反比,应力与损伤率成正比,且长短吊杆抵抗损伤的能力为D9(29)D1;在移动荷载最不利布载情况下,即使吊杆未损伤,相邻吊杆断裂时其峰值应力超过吊杆容许应力,可能发生断裂,并使用结构不同状态变量DCR值评估损伤吊杆的安全性。
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