疲劳荷载作用下钢桥疲劳寿命与延寿方法研究

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1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterinEngineeringResearchonFatigueLifeandProlongLifeMethodofSteelBridgeunderFatigueLoadsMasterCandidate：AiLiMajor：StructuralEngineeringSupervisor：Prof.JiangTianhuaProf.SNENGRWuHaitaoWuhan

2、UniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430081,P.R.ChinaMay22th,2015摘要在汽车、风等疲劳荷载的长期作用下，钢桥疲劳损伤随时会发生，疲劳损伤的累积会危及到桥梁自身的安全和缩短桥梁的使用寿命。目前，国内外学者在钢桥疲劳寿命评估方面做了大量研究，取得了不少研究成果，但在钢桥延寿方法及延寿效果方面的研究较少。针对目前我国钢桥疲劳研究方面的不足，本文以一(55+82.5+55)m的钢箱梁桥为例，评估了钢箱梁桥在疲劳车辆荷载作用下的疲劳寿命，并对调谐质量阻尼

3、器系统(简称TMD系统)的减振效果和延寿性能展开了研究。主要研究内容及成果如下：(1)对名义应力法和断裂力学方法这两种疲劳寿命评估方法的评估步骤和基本理论进行了讨论，并根据(55+82.5+55)m钢箱梁桥的特点，选择名义应力法对结构进行疲劳寿命评估。(2)提出了疲劳车辆荷载模型和多车效应、冲击效应的考虑方法，以及S-N曲线的修正方法。在此基础上，考虑不同的疲劳寿命评估参数，对连续钢箱梁桥进行了疲劳寿命评估。通过比较疲劳寿命评估结果，指出我国疲劳寿命评估方面的不足之处和改进方法。(3)对TMD系统的振动控制效果和最优参

4、数设计进行了研究，分析了质量比、阻尼比、频率比等参数对TMD系统减振效果的影响。研究指出：TMD系统减振效果随着质量比的增大而增大，随着阻尼比的增加先增加后减小，随着频率比的增加先增加后减小。(4)分析了TMD系统在最优参数设计下的延寿效果。通过对设置了TMD系统和未设置TMD系统的钢箱梁桥疲劳寿命对比分析指出，TMD系统在最优参数设计下，对钢桥疲劳寿命的延寿率达到了344.3%，延寿效果十分明显。关键词：疲劳寿命；多车效应；冲击效应；S-N曲线；TMD系统；减振效果；延寿效果IAbstractUnderthelong

5、-termeffectsofwindloadsandvehicleloads,thefatiguedamageofsteelbridgemayhappenatanytime.Theaccumulationoffatiguedamagewillendangerthesafetyandshortentheservicelifeofbridge.Atpresent,fatiguelifepredictionofsteelbridgehasbeenwidelystudiedbydomesticandforeignscholar

6、s,andsomeachievementshavebeengained,butsomedeficienciesandgapsstillexistinprolonglifemethodandeffectoflifespanextending.Inviewofthedeficiencyoffatigueresearchinourcountry,thispaperevaluatesthefatiguelifeofsteelbridgeunderfatiguevehicleloadsandstudiesthemitigatin

7、gvibrationperformanceandprolonginglifeperformanceofTunedMassDampersystem(TMDsystem)onthecaseofa(55+82.5+55)msteel-boxgirderbridge.Themainresearchcontentsandtheresultsareasfollows:(1)Theassessmentstepsandfundamentaltheoryoftwoestimatingmethodsoffatiguelifehavebee

8、ndiscussed.Oneisnominalstressmethod,theotherisamethodoffracturemechanics.Nominalstressmethodischosentopredictthefatiguelifeofstructurebasedonthecharacteristicofthe(55