【摘 要】
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正交异性钢桥面板因其几何构造复杂、纵横向焊缝数量众多导致局部构造细节产生应力集中,在车辆轮载的往复作用下其疲劳开裂问题突出。发展具有高疲劳抗力的正交异性钢桥面板具有重要的理论意义和工程应用价值。本文在纵肋与顶板新型双面焊构造细节的基础上通过引入横隔板新型开孔构造细节提出了新型高抗力钢桥面板,采用名义应力法与等效结构应力法针对新型高抗力钢桥面板进行抗疲劳优化设计与疲劳性能评估,在此基础上对新型高抗力
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目:钢桥面板与纵肋焊接细节装配式快速加固协同受力体系的疲劳损伤演化机理(项目编号:51778533); 国家自然科学基金面上项目:新型高性能正交异性钢桥面板的疲劳失效机理与结构体系疲劳抗力研究 (项目编号:51878561); 国家自然科学基金面上项目:在役铆接钢桁梁桥疲劳性能的经时演化机理与剩余寿
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正交异性钢桥面板因其几何构造复杂、纵横向焊缝数量众多导致局部构造细节产生应力集中,在车辆轮载的往复作用下其疲劳开裂问题突出。发展具有高疲劳抗力的正交异性钢桥面板具有重要的理论意义和工程应用价值。本文在纵肋与顶板新型双面焊构造细节的基础上通过引入横隔板新型开孔构造细节提出了新型高抗力钢桥面板,采用名义应力法与等效结构应力法针对新型高抗力钢桥面板进行抗疲劳优化设计与疲劳性能评估,在此基础上对新型高抗力钢桥面板纵肋与横隔板构造细节进行装配误差分析,确定了合理的制造参数。主要研究结果和结论如下:(1)综述了正交异性钢桥面板的发展史,阐述了正交异性钢桥面板常见的疲劳开裂问题,对现有提高钢桥面板两个典型疲劳易损细节疲劳性能的研究方法进行分析和总结,针对纵肋与横隔板构造细节提出了横隔板新型开孔设计思路。(2)根据横隔板新型开孔设计思路,对国内外常见的三种纵肋分别设计出与其匹配的横隔板新型开孔构造细节,通过建立有限元模型对纵肋与横隔板新型开孔构造细节受力特性进行深入系统的理论研究,表明横隔板弧形开孔部位应力水平相对较高,在此基础上通过无限寿命设计法针对横隔板弧形开孔尺寸参数展开优化设计,最终确定了合理可行的设计参数使得横隔板弧形开孔部位不发生疲劳破坏。(3)为了凸显横隔板新型开孔的设计优势,针对以上每种纵肋根据横隔板的开孔形式建立三个不同的有限元模型(横隔板传统开孔、横隔板不开孔、横隔板新型开孔),然后基于等效结构应力法针对钢桥面板两个典型疲劳易损细节各疲劳失效模式展开影响面分析,明确了各疲劳易损部位的受力特点。在此基础上基于某实测随机交通荷载对各疲劳失效模式进行疲劳寿命评估,确定了各构造细节的主导疲劳开裂模式,通过对比分析论证了高抗力钢桥面板优越的疲劳性能。(4)横隔板新型开孔对纵肋与横隔板组装提出了更高的要求,装配精度是影响纵肋与横隔板新型开孔构造细节疲劳性能的主要因素,基于此选择疲劳性能较好的两种新型高抗力钢桥面板针对纵肋与横隔板构造细节进行装配误差分析,通过等效结构应力法量化了初始制造误差对新型钢桥面板疲劳性能的影响,确定了合理的装配精度,为工厂制造含有该新型构造细节的正交异性钢桥面板提供新的理论技术支持。
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