高速列车作用下钢桁拱桥吊杆疲劳监测与评估研究

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1、学校代码：10286分类号：TU352密级：公开UDC：624学号：150993高速列车作用下钢桁拱桥吊杆疲劳监测与评估研究研究生姓名：张强导师姓名：丁幼亮研究员申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称土木工程论文答辩日期2018年06月08日二级学科名称防灾减灾工程与防护工程学位授予日期20年月日答辩委员会主席左晓宝评阅人2018年06月09.硕士学位论文高速列车作用下钢桁拱桥吊杆疲劳监测与评估研究专业名称：土木工程研究生姓名：张强导师姓名：丁幼亮FatigueMonitoringandEvaluationofHangersofSteel-Truss-ArchBridgeu

2、nderHigh-SpeedTrainADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYZHANGQiangSupervisedbyProf.DINGYou-liangCivilEngineeringSchoolSoutheastUniversityApril2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为

3、获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息

4、形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要随着高速铁路的快速发展，大跨铁路桥梁的安全性能日益引起人们的重视。在移动列车荷载作用下，桥梁振动反应显著。作为钢桁架拱桥的主要受力构件，吊杆的疲劳性能直接影响整个桥梁结构服役表现。研究全桥吊杆，尤其是受力更加显著的短吊杆疲劳损伤变化规律对于评估整个结构的健康状态具有重要意义。本文以京沪高铁南京大胜关长江大桥为工程背景，基于结构健康监测数据以及有限元模拟，围绕着钢桁架拱桥吊杆疲劳损伤及其寿命评估这一研究目标，开展了全桥吊杆疲劳性能评估的系统研究。主要工作如下：（1）介绍了大胜关大桥健康监测系统，利用监测数据，按列车编组

5、数、行驶方向以及行驶车道将监测数据区分为不同的工况。通过分析不同工况下吊杆的疲劳损伤状况，得到其影响因素。最终得出结论：考虑轴弯应变增大效应时，得到的疲劳损伤比仅考虑轴向应变时要大；列车行驶轨道与桁架平面距离越近，该桁架平面上的吊杆由于列车运行而引起的疲劳损伤就越大；其他条件相同时，吊杆疲劳损伤随着列车编组数的增加而增加；列车行驶车速与吊杆疲劳损伤无直接关联。基于以上结论，本文还建立了短吊杆疲劳失效概率模型，并对应力循环次数以及应力幅进行多阶高斯分布拟合。（2）建立了全桥构件尺度有限元模型，并建立全桥吊杆疲劳性能评估系统，继而分析全桥吊杆疲劳损伤分布规律。研究表明，单次列车通过时，顺桥向

6、对称位置处的吊杆疲劳损伤存在差异，即列车行驶方向会对吊杆疲劳损伤有影响；列车行驶的车道在桥身横截面的位置以及列车编组数对全桥吊杆疲劳性能有显著影响。（3）通过建立大胜关大桥短吊杆节点区的多尺度疲劳分析模型，基于多轴疲劳理论研究并计算了大胜关大桥短吊杆各工况下的疲劳损伤，在此基础上进一步探讨了列车荷载参数对短吊杆节点区域多轴疲劳损伤的变化规律。研究结果表明，多轴疲劳寿命水平仅为单轴疲劳寿命的1.69%；节点区域所受多轴疲劳损伤与总车流量、16节编组列车在总流量中的占比、货运列车占比均为正线性相关关系，车流总量越大，增长率越大，且货运列车的通行将会极大削减节点的疲劳寿命。关键词：钢桁拱桥；结

7、构健康监测；有限元；吊杆；单轴与多轴疲劳评估；多尺度模型IABSTRACTABSTRACTWiththerapiddevelopmentofhigh-speedrailway,thesafetyperformanceoflong-spanrailwaybridgesisattractingmoreandmoreattention.Undertheactionofmovingtrainload,thebridgevibrationre