刚果（布）1号公路loukouni桥静力优化和疲劳性能研究

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1、刚果（布）1号公路Loukouni桥静力优化和疲劳性能研究（申请清华大学工学硕士学位论文）培养单位：土木工程系学科：土木工程研究生：陈蕴威指导教师：王元清教授二○一五年六月ResearchonStaticOptimizationandFatigueBehavioursofLoukouniBridgeofthe1stNationalRoadProjectinCongo(Brazzaville)ThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentofth

2、erequirementforthedegreeofMasterofScienceinCivilEngineeringbyChenYunweiThesisSupervisor:ProfessorWangYuanqingJune,2015摘要摘要随着桥梁技术的发展创新，桥梁在结构形式上也越来越多样化，在桥梁设计中如何兼顾安全性和经济性成为设计的重点。Loukouni桥是刚果（布）国家1号公路中的一座典型上承式钢箱拱桥，为了使用最少的成本设计出结构最优，安全性能良好的大桥，提高其使用年限，并为以后类似拱桥的设计

3、研究提供技术支持，对Loukouni桥的静力优化分析和疲劳性能研究是具有重要意义的。本文的主要研究内容包括：（1）使用ANSYS软件建立了Loukouni桥的全桥有限元模型，分别对拱桥的拱轴系数、拱肋截面尺寸以及拱肋与立柱连接节点形式进行了优化。结果表明：拱轴系数为1.543时是最合理的；Loukouni桥的拱肋截面具有一定的优化空间，且在四个截面关键参数中，截面应力值对截面高度h的变化最为敏感；推荐使用立柱两端全部刚接的节点连接形式。（2）选取了拱肋和横撑处构造细节，参考不同国家的疲劳车辆荷载模型，通过影

4、响面最不利加载方式计算出了构造细节处的疲劳应力幅，结果表明：这两处构造细节是安全的，欧洲规范下的疲劳验算最为保守，在设计时推荐使用欧洲规范，以保障桥梁疲劳设计的安全性。（3）针对选取的2个构造细节进行了疲劳试验研究，每种类型的构造细节得到了21个有效数据点，对其进行了名义应力-寿命曲线拟合，并与各国规范中的曲线进行了比较，发现拟合出的直线与中欧2种规范给出的直线拟合度较高，说明试验结果能够很好地反应构造细节的疲劳性能，并且可将拟合出的疲劳曲线应用于以后类似工程的相关构造细节中。（4）用ANSYS软件建立了2

5、个构造细节的精细化有限元模型，使用国际焊接学会中给出的线性外推路径法得到拱肋处疲劳细节的应力集中系数。并对该处细节进行了热点应力-寿命曲线拟合，与各国规范相应曲线进行了比较，结果表明目前规范给出的热点应力-寿命曲线的安全性是有待考证的。对2处构造细节进行了疲劳寿命评估和疲劳使用年限预测，建议在Loukouni桥的构造细节达到疲劳使用年限前对其进行安全检测以防止危险事故的发生。本课题研究可为以后桥梁的静力和疲劳性能研究提供技术支持，并有利于对各国规范的深入认识和挖掘，为今后相关规范的学习、修正和制定提供一些参

6、考。关键词:Loukouni桥；静力优化；疲劳验算；疲劳试验研究；疲劳寿命评估IAbstractAbstractWiththedevelopmentandinnovationofthebridgetechnology,thebridgestructureisbecomingmoreandmorediversified.Howtobalancesecurityandeconomyhasbecomethefocusofbridgedesign.LoukouniBridgeisdecktypearchbridge

7、withboxsectioninthe1stnationalroadprojectoftheRepublicofCongo.Inordertomakethebridgedesigninoptimalstructureandgoodsafetyperformanceatleastcost,improveitsservicelife,aswellasgivesupporttothedesignandresearchofsimilararchbridgesinthefuture,itisofgreatsignif

8、icancetomakestaticoptimizationanalysisandstudyfatiguebehavioursofLoukouniBridge.Inthispaper,themainresearchcontentsincluded:(1)ANSYSsoftwarewasusedtoestablishthefiniteelementmodelofwholebridgeofLoukouni,thear