钢桥面板U肋与横肋连接细节疲劳开裂的装配式快速加固方法研究

摘要

正交异性钢桥面板作为现代钢桥广泛采用的承载结构体系具有诸多优点，但由于初期设计建造时经验不足，焊接细节研究考虑不够，运营服役期内交通流量增加等原因使得正交异性钢桥面板出现不同程度的疲劳开裂，因此，针对正交异性钢桥面板的维修加固研究势在必行。传统的疲劳开裂加固方法施工工艺复杂，工作条件要求较高，现场实施较为困难且需中断交通，费用高昂，由中断交通所导致的不良社会影响以及直接和间接经济损失不可避免。发展对交通少干扰甚至零干扰的疲劳开裂的快速加固方法，对于提升钢桥结构的服役质量，降低养护维修成本极为重要，是当前桥梁工程可持续发展迫切需要解决的重要研究课题。本文针对正交异性钢桥面板U肋与纵肋连接处的疲劳裂纹加固，开展了以下几个方面的研究工作:
　　(1)回顾总结了正交异性钢桥面板的疲劳开裂易损部位及开裂成因;调研分析了既有文献对于正交异性钢桥面板诸多疲劳易损细节疲劳开裂维修加固技术的研究，提出本文研究内容。
　　(2)结合正交异性钢桥面板节段模型试验，利用ANSYS有限元软件建立了有限元计算模型，提取模型计算的U肋与横肋连接细节处距离焊趾5mm与8mm处的应力结果并与试验模型两点处的实测值进行验证对比，分析该处疲劳易损细节。
　　(3)建立正交异性钢桥面板U肋与纵肋连接细节处疲劳裂纹，选定一系列初始裂纹长度，基于断裂力学进行裂纹模拟评估;得到在不同初始裂纹长度下的裂纹尖端应力强度因子，分析等效应力强度因子与裂纹初始长度变化规律。
　　(4)采用装配式角钢快速加固正交异性钢桥面板U肋与横肋连接细节产生的疲劳裂纹，通过比较装配式加固前后裂纹尖端处的等效应力强度因子来评判加固效果;参数分析讨论了装配式加固角钢的角钢长度、宽度和角钢厚度对于装配式快速加固效果的影响:比较发现加固角钢的长度和宽度对于加固效果影响不显著，角钢厚度对于加固效果影响显著。
　　(5)针对于装配式加固角钢，分析加固角钢的受力性能对于装配式快速加固效果的影响;分析装配式加固后在加固角钢和母材形成的新的应力集中现象，评价不同加固板厚度对于应力集中的改善程度，得出较厚的角钢厚度对于在角钢上产生的拉、压应力集中区都有较明显的改善效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 疲劳开裂断裂力学研究背景

1．2．2 正交异性钢桥面板疲劳裂纹加固方法研究

1．3 本文主要研究工作

第2章 疲劳裂纹分析与加固效果评估

2．1 疲劳寿命评估

2．1．1 S-N曲线与名义应力法

2．1．2 线弹性断裂力学方法

2．2 基于应力强度因子的加固效果评估

2．3 本章小结

第3章 U肋与横肋连接处疲劳应力分析

3．1 试验模型与计算模型设计

3．2．1 模型参数确定

3．2．2 边界与荷载施加

3．2 有限元模型验证

第4章 U肋与横肋连接处带裂纹模型分析

4．1 应力强度因子有限元计算

4．2 计算模型设计

4．3 计算结果分析

4．3．1 裂纹长度与测点应力关系

4．3．2 裂纹长度与应力强度因子关系

第5章 U肋与横肋连接处裂纹加固与效果评估

5．1 加固形式与加固件的选择

5．2 裂纹加固模型建立与计算

5．3 加固效果评估

5．3．1 裂纹扩展抑制

5．3．2 加固后结构疲劳开裂评估

5．3．3 加固件应力集中

5．3 加固件尺寸对加固效果影响

5．3．1 加固板件宽度

5．3．2 加固板件长度

5．3．3 加固板件厚度

5．4 加固件应力集中现象影响

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研项目