腐蚀环境下节段式钢箱梁的疲劳性能研究

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1、中图分类号：O241V226论文编号：102870115-S088学科分类号：080104硕士学位论文腐蚀环境下节段式钢箱梁的疲劳性能研究研究生姓名韩晓东学科、专业工程力学研究方向结构完整性评定指导教师张剑副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月I腐蚀环境下节段式钢箱梁的疲劳性能研究NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringFatiguePro

2、pertiesStudyofSectionalSteelBoxGirderinCorrosiveEnvironmentAThesisinEngineeringmechanicsbyHanXiaodongAdvisedbyAssociateProf.ZhangJianSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015II南京航空航天大学硕士学位论文承诺书本人郑重声明：所呈交

3、的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：III腐蚀环境下节段式钢箱梁的疲劳性能研究摘要钢

4、结构在实际工程中应用广泛，但在大跨度钢桥的运营过程中也会产生各种病害，最典型的病害为钢箱梁腐蚀和出现疲劳裂纹。腐蚀和疲劳是钢箱梁退化的最常见的因素，而且这两种因素之间存在着相互促进作用。目前，对钢箱梁腐蚀疲劳性能的研究相对较少，因此本文设计了典型的节段式钢箱梁试件，在一定的荷载水平和加载频率下，研究了试件分别在未腐蚀、不同浓度腐蚀液作用下的疲劳性能，最后，通过建立体壳组合单元模式的分析模型对试件进行了热点应力分析。本文主要研究内容为：（1）通过腐蚀疲劳试验，对节段式钢箱梁试件的裂纹发展和寿命进行了

5、研究，研究表明，四个试件发生疲劳破坏的位置均为节段式钢箱梁顶板与U肋焊缝处，且均在顶板母材上断裂；腐蚀对试件的疲劳性能有一定影响，经过3%NaCl腐蚀液腐蚀的试件疲劳性能退化最为严重，其次为经过1%NaCl腐蚀液腐蚀的试件和5%NaCl腐蚀液腐蚀的试件，最后是未经过腐蚀的试件；（2）基于实测试件的疲劳残余应变，本文建立了三阶段的疲劳累积损伤公式，所提出的研究方法可供疲劳损伤分析参考；（3）钢箱梁腐蚀疲劳有限元建模计算，分别建立节段式钢箱梁试件的体单元模型和体壳组合单元模型进行计算，计算结果与试验结

6、果进行验证，得到较为合理的有限元计算模型为体壳组合单元模型；（4）钢箱梁腐蚀疲劳的热点应力计算，采用体壳组合单元建模分析，由不同方法外推得到的焊缝焊趾处的热点应力不同；考虑腐蚀对节段式钢箱梁试件焊缝热点应力的影响，在试验荷载等级25kN、不考虑涂层对钢材的保护作用下，经过10年腐蚀的试件就不能满足工程的承载能力要求。关键词：钢箱梁，焊接细节，腐蚀疲劳，疲劳寿命，热点应力IV南京航空航天大学硕士学位论文AbstractThesteelstructurehasbeenwidelyappliedinth

7、epracticalengineering,butsomediseasesarefoundduringtheoperatingofthelargespansteelbridge.Atthepresent,themaindiseasesaresteelboxgirdercorrosionandfatiguecracks.Corrosionandfatiguearethecommonfactorstothesteelboxgirderbridgedegradation,andthereisamutua

8、lpromotingeffectbetweencorrosionandfatigue.Nowtheresearchonthecorrosionfatiguepropertyofsteelboxgirderisless,sothispaperdesignstypicalspecimenofsectionalsteelboxbeam,inacertainloadinglevelandloadfrequency,thecorrosionfatiguepropertyofspecimeni