正交异性钢桥面板u肋—横隔板构造细节的疲劳性能研究

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1、学校代号10532学号S12011071分类号U441+.4密级公开硕士学位论文正交异性钢桥面板U肋-横隔板构造细节的疲劳性能研究学位申请人姓名钱六五培养单位土木工程学院导师姓名及职称祝志文教授学科专业土木工程研究方向钢桥设计理论与应用论文提交日期2015年05月30日学校代号：10532学号：S12011071密级：公开湖南大学硕士学位论文正交异性钢桥面板U肋-横隔板构造细节的疲劳性能研究学位申请人姓名：钱六五导师姓名及职称：祝志文教授培养单位：土木工程学院专业名称：土木工程论文提交日期：2015年05月30日论文答辩日期：2015年06

2、月02日答辩委员会主席：方志教授Fatigueperformancestudyofrib-to-diaphragmconnectiondetailsonorthotropicsteelbridgedeckbyQIANLiuwuB.E.(HefeiUniversityofTechnology)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinCivilEngineeringintheGraduateSchoo

3、lofHunanUniversitySupervisorProfessorZHUZhiwenMay,2015硕士学位论文摘要正交异性钢桥面板因具有自重轻、施工便捷等优点，被广泛应用于各种类型的桥梁中。然而正交异性钢桥面板受力复杂，加之通行桥梁的车辆超载严重，各种焊接细节易出现疲劳开裂。研究车辆活载作用下的正交异性钢桥面板受力行为，分析构造细节的疲劳开裂机理，提出更为合理的正交异性钢桥面板构造设计，对桥梁的运营安全和耐久性显得尤为重要。论文从评价方法和实例分析两方面着手，讨论了正交异性钢桥面U肋-横隔板构造细节处的疲劳应力。主要研究内容和取得

4、的成果如下：（1）介绍了正交异性钢桥面板的工程应用和疲劳开裂问题，回溯了疲劳的相关研究和实际钢桥的健康检测，并提出了本文的研究内容。（2）分别概述了名义应力法、热点应力法、零点结构应力法、缺口应变法及基于线弹性断裂力学的原理、使用条件、计算方法以及相对应的规范标准。另外，着重指出了上述方法存在的优缺点。（3）采用有效缺口应力法并以十字角焊缝为参考，分别计算单元类型、网格大小、焊根区域的网格划分方式对有效缺口应力的影响。结果表明：为避免解锁现象，有效缺口应力法计算时尽量使用高阶单元；网格大小必须满足IIW规定的最小要求，且无需过细划分导致工作

5、量增加；当荷载平行于缺口时，可采用钥匙孔或U型孔建模；当荷载垂直于缺口时，应采用钥匙孔建模。（4）以某工程试验为例，分别采用热点应力法和有效缺口应力法计算关键点处的疲劳应力。结果表明有效缺口应力法可以适用于正交异性桥面板的疲劳评价，且比热点应力法具有一定的优越性。文章比较两种不同的横隔板过渡形式的有效缺口应力，得到了更加合理的方案；U肋-横隔板弧形切口焊趾处的有效缺口应力显著大于焊根处，证明焊趾处更易萌生裂纹；比较不同的U肋厚度，发现U肋厚度的增加会导致U肋-横隔板弧形切口焊缝处疲劳强度的降低。（5）现场实测某桥的应力时程曲线，采用雨流计数

6、法、Miner准则并结合AASHTO规范条文计算正交异性钢桥面板典型易开裂处焊缝的等效应力幅，给出了疲劳寿命的估算值。结果表明：U肋-横隔板弧形切口焊缝处，靠近U肋侧和靠近横隔板侧疲劳寿命均不满足规范要求。该处疲劳开裂的原因是焊缝未打磨处理，导致焊缝质量降低。关键词:正交异性钢桥面板;疲劳;U肋-横隔板构造细节;有效缺口应力法;有限元法;现场试验III正交异性钢桥面板U肋-横隔板构造细节的疲劳性能研究AbstractOrthotropicsteelbridgedeckiswidelyusedinbridgeengineeringbecaus

7、eofitshighstrength-to-weightratio,convenientconstructionandsoon.However,theinternalforcesintheorthotropicbridgedeckiscomplexundervehicleloading,coupledwithserioustrafficoverloading.Variousweldingdetailsarepronetofatiguecracking.Thestructuralbehaviorisstudiedunderliveload,t

8、hecrackingmechanismofstructuredetailsareanalyzedandreasonablestructuredetailsoforthotropi