基于裂紋特征向量的正交異性板疲勞損傷安全評定方法研究
發(fā)布時間：2020-12-11 07:44
鋼箱梁正交異性橋面板憑借其強度高、自重輕、整體性強等優(yōu)點,在橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用。其各個構(gòu)件之間一般采用焊接連接的形式,焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和各種焊接缺陷均是影響其正常使用的不利因素,這些因素導(dǎo)致的鋼箱梁疲勞開裂問題成為阻礙其發(fā)展的主要原因之一。本文利用正交異性鋼橋面板疲勞裂紋的巡檢結(jié)果,構(gòu)建了疲勞裂紋特征向量數(shù)據(jù)集;結(jié)合多尺度有限元模型分析各類裂紋對局部構(gòu)件的損傷,根據(jù)耦合疲勞裂紋的有限元模型計算結(jié)果,總結(jié)了各類裂紋產(chǎn)生原因�；谀：y(tǒng)計法研究疲勞裂紋特征向量與典型構(gòu)件損傷劣化程度之間的模糊關(guān)系,提出了鋼箱梁正交異性板的疲勞損傷安全性等級評估方法。本文的研究內(nèi)容按以下幾點進行展開:(1)根據(jù)某懸索橋鋼箱梁內(nèi)部正交異性橋面板已產(chǎn)生的疲勞裂紋的巡檢結(jié)果,構(gòu)建包含裂紋萌生位置、發(fā)展走向、裂紋長度等信息的特征向量數(shù)據(jù)集。利用數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析算法挖掘出疲勞裂紋各特征向量之間的隱藏關(guān)系,并得到疲勞裂紋相對鋼箱梁整體的分布規(guī)律。(2)為兼顧到懸索橋整體的受力條件和疲勞裂紋萌生細部構(gòu)造計算精度要求,利用大型有限元軟件ABAQUS建立了包含梁單元、板殼單元和實體單元的多尺度有限元模型。使用擴展有限元...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：82 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
韓國圣水（Sung-Soo）大橋
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-2-近年來，雖然國內(nèi)外學(xué)者對鋼橋疲勞斷裂問題的研究有了一定進展，實際工程中也采取了諸多防護措施，但依舊有鋼橋疲勞破壞導(dǎo)致垮塌事故的發(fā)生。1994年10月，韓國圣水（Sung-Soo）大橋在建成15年后倒塌，如圖1-1所示，造成了生命財產(chǎn)的損失[6-7]。該橋是一座全長1160m的懸臂式鋼桁架梁橋，倒塌發(fā)生于11#橋墩與12#橋墩之間的懸掛跨位置，48m的鋼桁架主梁突然斷裂墜入河中。研究表明，垮塌是由桁架構(gòu)件連接處幾何突變位置的疲勞裂紋擴展引起的。2007年8月，美國密西西比大橋在正常運營期間突然斷裂，橋梁上部結(jié)構(gòu)整體落入河中，如圖1-2所示。該橋在使用期間已進行了足夠完善的檢查與檢測，當(dāng)?shù)氐难芯繉W(xué)者早在6年前便對該橋進行了疲勞壽命分析，認(rèn)為該橋在短時間內(nèi)并不會出現(xiàn)斷裂破壞事故，但當(dāng)時該橋的連接部位已有較多的裂紋存在[8]。顯然，對于疲勞問題的研究不夠透徹以及對疲勞損傷缺乏足夠的重視是導(dǎo)致該橋發(fā)生斷裂事故的主要原因。扁平鋼箱梁作為大跨度懸索橋、斜拉橋的主梁的主要截面形式，對其關(guān)鍵構(gòu)件進行疲勞損傷及疲勞破壞的研究是十分必要的。a)倒塌前b)倒塌后圖1-1韓國圣水（Sung-Soo）大橋a)倒塌前b)倒塌后圖1-2美國密西西比河大橋
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-8-a)開口肋b)閉口肋圖1-3正交異性鋼橋面板縱肋形式1.3.1正交異性板疲勞問題國外研究現(xiàn)狀20世紀(jì)中后期，正交異性鋼橋面板首先在發(fā)達國家得到廣泛應(yīng)用，歐美和日本相關(guān)學(xué)者和研究機構(gòu)對正交異性鋼橋面板展開大量的試驗研究。歐洲鐵路研究所[38]在捷克對試件進行疲勞研究，重點對蘋果形開口、圓形開口和無開口3種橫隔板開口形式進行疲勞荷載試驗，以研究橫隔板開口形式對構(gòu)件疲勞抗力的影響。結(jié)果表明，3種開口形式的疲勞性能基本一致，在相同位置出現(xiàn)疲勞開裂，這表明無論何種開口形式，剪力都會對構(gòu)件細節(jié)產(chǎn)生不利影響。而當(dāng)構(gòu)件承受純受彎荷載作用時，圓形開孔較蘋果型開孔產(chǎn)生的應(yīng)力集中效應(yīng)更加明顯，因此蘋果型開口具有更好的疲勞性能。EvyVanPuymbroeck等[39]為精確考慮焊接殘余應(yīng)力、車輛荷載等因素對正交異性板疲勞設(shè)計響應(yīng)的影響，采用有限元的方法對縱向加勁肋與橋面頂板的焊接過程進行數(shù)值模擬，計算了焊縫尺寸、焊接電流、焊接速度對焊接殘余應(yīng)力的影響。為盡量減小焊縫附近拉伸殘余應(yīng)力，將不同的焊接工序依次模擬，使得正交異性鋼橋面板具有更長的疲勞壽命。JohanMaljaars等[40]對橋梁及輪渡甲板的正交異性板的疲勞裂紋開展研究，典型的疲勞裂紋往往出現(xiàn)在頂板與縱向加勁肋焊縫的焊根位置，向頂板方向擴展。為解決有限的疲勞試驗導(dǎo)致疲勞強度結(jié)果的不確定性，建立了該類裂紋的線彈性斷裂力學(xué)模型，為研究該類裂紋的疲勞性能提供了理論依據(jù)。該模型預(yù)測了一個相對較高的疲勞抗力，這接近于疲勞試驗的結(jié)果。同時進一步預(yù)測了裂紋檢測后較長的殘余疲勞壽命，提供了更大的檢測間隔。IsaacFarreras-Alcover等[41]考慮了溫度變化、交通流量等因素對正交異性橋面板關(guān)鍵部位疲勞應(yīng)力的影響，利用監(jiān)?
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋼橋面板縱肋與橫隔板連接位置疲勞損傷特征[J]. 朋茜,周緒紅,狄謹(jǐn),秦鳳江,王杰. 中國公路學(xué)報. 2018(11)
[2]正交異性鋼橋面板結(jié)構(gòu)體系的疲勞破壞模式和抗力評估[J]. 張清華,李俊,郭亞文,袁道云,卜一之. 土木工程學(xué)報. 2019(01)
[3]鋼橋面板頂板與縱肋連接焊根位置疲勞損傷特征[J]. 周緒紅,朋茜,秦鳳江,狄謹(jǐn). 交通運輸工程學(xué)報. 2018(01)
[4]鋼箱梁橫隔板弧形切口疲勞性能及構(gòu)造優(yōu)化研究[J]. 柯璐,林繼喬,李傳習(xí),劉永明,陳卓異. 橋梁建設(shè). 2017(05)
[5]正交異性鋼橋面板足尺疲勞試驗[J]. 王春生,付炳寧,張芹,馮亞成. 中國公路學(xué)報. 2013(02)
[6]談?wù)勪摌虻钠诤蛿嗔裑J]. 錢冬生. 橋梁建設(shè). 2009(03)
[7]BS5400與中國公路設(shè)計規(guī)范中的荷載及荷載組合[J]. 蘇武. 鐵道工程學(xué)報. 2007(11)
[8]基于斷裂力學(xué)的老齡鋼橋剩余壽命與使用安全評估[J]. 王春生,陳艾榮,陳惟珍. 中國公路學(xué)報. 2006(02)
[9]鐵路橋梁正交異性鋼橋面的疲勞特征[J]. 萬鵬,鄭凱鋒. 世界橋梁. 2004(01)
[10]老齡鋼橋工作狀態(tài)模擬與疲勞壽命[J]. 王春生,陳惟珍,陳艾榮. 橋梁建設(shè). 2003(05)
博士論文
[1]基于應(yīng)變能的鋼橋面板與縱肋連接細節(jié)疲勞壽命評估方法及其可靠度研究[D]. 崔闖.西南交通大學(xué) 2018
[2]基于斷裂力學(xué)的鋼橋疲勞裂紋擴展與壽命評估方法研究[D]. 宗亮.清華大學(xué) 2015
[3]基于斷裂力學(xué)的公路鋼橋疲勞壽命可靠度方法研究[D]. 鄭淳.華南理工大學(xué) 2013
本文編號：2910149
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：82 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
韓國圣水（Sung-Soo）大橋
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-2-近年來，雖然國內(nèi)外學(xué)者對鋼橋疲勞斷裂問題的研究有了一定進展，實際工程中也采取了諸多防護措施，但依舊有鋼橋疲勞破壞導(dǎo)致垮塌事故的發(fā)生。1994年10月，韓國圣水（Sung-Soo）大橋在建成15年后倒塌，如圖1-1所示，造成了生命財產(chǎn)的損失[6-7]。該橋是一座全長1160m的懸臂式鋼桁架梁橋，倒塌發(fā)生于11#橋墩與12#橋墩之間的懸掛跨位置，48m的鋼桁架主梁突然斷裂墜入河中。研究表明，垮塌是由桁架構(gòu)件連接處幾何突變位置的疲勞裂紋擴展引起的。2007年8月，美國密西西比大橋在正常運營期間突然斷裂，橋梁上部結(jié)構(gòu)整體落入河中，如圖1-2所示。該橋在使用期間已進行了足夠完善的檢查與檢測，當(dāng)?shù)氐难芯繉W(xué)者早在6年前便對該橋進行了疲勞壽命分析，認(rèn)為該橋在短時間內(nèi)并不會出現(xiàn)斷裂破壞事故，但當(dāng)時該橋的連接部位已有較多的裂紋存在[8]。顯然，對于疲勞問題的研究不夠透徹以及對疲勞損傷缺乏足夠的重視是導(dǎo)致該橋發(fā)生斷裂事故的主要原因。扁平鋼箱梁作為大跨度懸索橋、斜拉橋的主梁的主要截面形式，對其關(guān)鍵構(gòu)件進行疲勞損傷及疲勞破壞的研究是十分必要的。a)倒塌前b)倒塌后圖1-1韓國圣水（Sung-Soo）大橋a)倒塌前b)倒塌后圖1-2美國密西西比河大橋
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-8-a)開口肋b)閉口肋圖1-3正交異性鋼橋面板縱肋形式1.3.1正交異性板疲勞問題國外研究現(xiàn)狀20世紀(jì)中后期，正交異性鋼橋面板首先在發(fā)達國家得到廣泛應(yīng)用，歐美和日本相關(guān)學(xué)者和研究機構(gòu)對正交異性鋼橋面板展開大量的試驗研究。歐洲鐵路研究所[38]在捷克對試件進行疲勞研究，重點對蘋果形開口、圓形開口和無開口3種橫隔板開口形式進行疲勞荷載試驗，以研究橫隔板開口形式對構(gòu)件疲勞抗力的影響。結(jié)果表明，3種開口形式的疲勞性能基本一致，在相同位置出現(xiàn)疲勞開裂，這表明無論何種開口形式，剪力都會對構(gòu)件細節(jié)產(chǎn)生不利影響。而當(dāng)構(gòu)件承受純受彎荷載作用時，圓形開孔較蘋果型開孔產(chǎn)生的應(yīng)力集中效應(yīng)更加明顯，因此蘋果型開口具有更好的疲勞性能。EvyVanPuymbroeck等[39]為精確考慮焊接殘余應(yīng)力、車輛荷載等因素對正交異性板疲勞設(shè)計響應(yīng)的影響，采用有限元的方法對縱向加勁肋與橋面頂板的焊接過程進行數(shù)值模擬，計算了焊縫尺寸、焊接電流、焊接速度對焊接殘余應(yīng)力的影響。為盡量減小焊縫附近拉伸殘余應(yīng)力，將不同的焊接工序依次模擬，使得正交異性鋼橋面板具有更長的疲勞壽命。JohanMaljaars等[40]對橋梁及輪渡甲板的正交異性板的疲勞裂紋開展研究，典型的疲勞裂紋往往出現(xiàn)在頂板與縱向加勁肋焊縫的焊根位置，向頂板方向擴展。為解決有限的疲勞試驗導(dǎo)致疲勞強度結(jié)果的不確定性，建立了該類裂紋的線彈性斷裂力學(xué)模型，為研究該類裂紋的疲勞性能提供了理論依據(jù)。該模型預(yù)測了一個相對較高的疲勞抗力，這接近于疲勞試驗的結(jié)果。同時進一步預(yù)測了裂紋檢測后較長的殘余疲勞壽命，提供了更大的檢測間隔。IsaacFarreras-Alcover等[41]考慮了溫度變化、交通流量等因素對正交異性橋面板關(guān)鍵部位疲勞應(yīng)力的影響，利用監(jiān)?
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋼橋面板縱肋與橫隔板連接位置疲勞損傷特征[J]. 朋茜,周緒紅,狄謹(jǐn),秦鳳江,王杰. 中國公路學(xué)報. 2018(11)
[2]正交異性鋼橋面板結(jié)構(gòu)體系的疲勞破壞模式和抗力評估[J]. 張清華,李俊,郭亞文,袁道云,卜一之. 土木工程學(xué)報. 2019(01)
[3]鋼橋面板頂板與縱肋連接焊根位置疲勞損傷特征[J]. 周緒紅,朋茜,秦鳳江,狄謹(jǐn). 交通運輸工程學(xué)報. 2018(01)
[4]鋼箱梁橫隔板弧形切口疲勞性能及構(gòu)造優(yōu)化研究[J]. 柯璐,林繼喬,李傳習(xí),劉永明,陳卓異. 橋梁建設(shè). 2017(05)
[5]正交異性鋼橋面板足尺疲勞試驗[J]. 王春生,付炳寧,張芹,馮亞成. 中國公路學(xué)報. 2013(02)
[6]談?wù)勪摌虻钠诤蛿嗔裑J]. 錢冬生. 橋梁建設(shè). 2009(03)
[7]BS5400與中國公路設(shè)計規(guī)范中的荷載及荷載組合[J]. 蘇武. 鐵道工程學(xué)報. 2007(11)
[8]基于斷裂力學(xué)的老齡鋼橋剩余壽命與使用安全評估[J]. 王春生,陳艾榮,陳惟珍. 中國公路學(xué)報. 2006(02)
[9]鐵路橋梁正交異性鋼橋面的疲勞特征[J]. 萬鵬,鄭凱鋒. 世界橋梁. 2004(01)
[10]老齡鋼橋工作狀態(tài)模擬與疲勞壽命[J]. 王春生,陳惟珍,陳艾榮. 橋梁建設(shè). 2003(05)
博士論文
[1]基于應(yīng)變能的鋼橋面板與縱肋連接細節(jié)疲勞壽命評估方法及其可靠度研究[D]. 崔闖.西南交通大學(xué) 2018
[2]基于斷裂力學(xué)的鋼橋疲勞裂紋擴展與壽命評估方法研究[D]. 宗亮.清華大學(xué) 2015
[3]基于斷裂力學(xué)的公路鋼橋疲勞壽命可靠度方法研究[D]. 鄭淳.華南理工大學(xué) 2013
本文編號：2910149
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教材專著
