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大跨度钢箱梁斜拉桥的索梁锚固结构是最重要的传力结构之一,以传力巨大、焊缝繁多且复杂以及应力集中明显等特点,其疲劳性能一直广受关注。本文以某长江大桥索梁锚固区的钢锚箱为研究对象,进行随机车流下的构造细节现场应力监测、全桥结构分析和疲劳索力幅作用下的钢锚箱局部有限元分析,分别基于名义应力法和热点应力法评估了钢锚箱的疲劳性能。主要工作如下:
(1)开展了全桥结构分析,基于索力值和索力幅值确定南塔跨中尾索JS26号拉索对应的钢锚箱本文为研究对象。根据全桥模型提取车道影响线,结合国内外规范和相关文献计算确定本研究所使用的疲劳索力幅。
(2)开展了疲劳索力幅作用下钢锚箱结构局部有限元分析,获得了锚箱主要板件的应力幅分布特征以及主焊缝的受力特征,总结了主要板件的应力幅值大小和应力集中位置。结果显示,锚箱结构应力最为集中的三个区域为锚箱的顶板、底板与外腹板连接焊缝的上端部区域,以及承压板与外腹板连接焊缝的外侧区域,前两者以剪压应力为主要受力特征,后者以弯拉应力为主要受力特征。
(3)参考有限元分析结果,开展了桥面随机车流下应力监测,获得了主要细节处的应力应变和应力谱,分析了主要连接焊缝处构造细节的应力时程特点,其应力时程表现出主体结构受力特点,一辆货车仅产生一个应力循环。结合国内外规范开展了疲劳寿命计算,结果表明,采用美国规范,底板上端部围焊处不满足设计寿命要求,其余位置处疲劳细节均满足设计寿命;基于英国规范和欧洲规范,所有测试位置均满足设计寿命要求,因此,美国规范获得的评价结果最为保守。
(4)基于热点应力法对钢锚箱三个应力集中区域进行分析,根据受力特征总结了压、剪、拉三类细节,研究了网格尺寸、单元类型、主板件单元层数和外推方式四个因素对热点应力的影响,并开展了疲劳寿命分析。结果显示,四种参数均对三类构造细节的热点应力有不同程度的影响,其中单元类型和主板件单元层数影响较小,而网格尺寸和外推方式对热点值影响较大;最后,基于不同外推方法开展了疲劳评价,表明三类构造细节均满足设计寿命要求。
(1)开展了全桥结构分析,基于索力值和索力幅值确定南塔跨中尾索JS26号拉索对应的钢锚箱本文为研究对象。根据全桥模型提取车道影响线,结合国内外规范和相关文献计算确定本研究所使用的疲劳索力幅。
(2)开展了疲劳索力幅作用下钢锚箱结构局部有限元分析,获得了锚箱主要板件的应力幅分布特征以及主焊缝的受力特征,总结了主要板件的应力幅值大小和应力集中位置。结果显示,锚箱结构应力最为集中的三个区域为锚箱的顶板、底板与外腹板连接焊缝的上端部区域,以及承压板与外腹板连接焊缝的外侧区域,前两者以剪压应力为主要受力特征,后者以弯拉应力为主要受力特征。
(3)参考有限元分析结果,开展了桥面随机车流下应力监测,获得了主要细节处的应力应变和应力谱,分析了主要连接焊缝处构造细节的应力时程特点,其应力时程表现出主体结构受力特点,一辆货车仅产生一个应力循环。结合国内外规范开展了疲劳寿命计算,结果表明,采用美国规范,底板上端部围焊处不满足设计寿命要求,其余位置处疲劳细节均满足设计寿命;基于英国规范和欧洲规范,所有测试位置均满足设计寿命要求,因此,美国规范获得的评价结果最为保守。
(4)基于热点应力法对钢锚箱三个应力集中区域进行分析,根据受力特征总结了压、剪、拉三类细节,研究了网格尺寸、单元类型、主板件单元层数和外推方式四个因素对热点应力的影响,并开展了疲劳寿命分析。结果显示,四种参数均对三类构造细节的热点应力有不同程度的影响,其中单元类型和主板件单元层数影响较小,而网格尺寸和外推方式对热点值影响较大;最后,基于不同外推方法开展了疲劳评价,表明三类构造细节均满足设计寿命要求。