钢支座的疲劳及寿命分析研究

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1、钢支座的疲劳及寿命分析研究钢支座的疲劳及寿命分析研究摘要：依据全寿命设计理念，以桥梁结构中的支座为题，以钢支座为例，应用疲劳试验对其进行正常使用的寿命估算。在特种用途的支座上加快科学研究，幵展桥梁支座动力性能的研究工作，以使桥梁支座更好地适应桥梁建设的需要。关键词:钢支座；疲劳寿命；有限元分析Abstract:accordingtothelifethedesignconcept,thebridgestructureunderthebearings,withsteelbearingsasanexample,theapplicationofthe

2、fatiguetestofthenormallifeestimation.Inthespecialpurposeonthesupporttospeedupthescientificresearch,thedynamicperformaneeinbridgebearingsoftheresearchwork,inordertomakebridgebearingsbetteradapttotheneedsoftheconstruetionofthebridge・Keywords:steelbearings:Fatiguelife;Finiteel

3、ementanalysis中图分类号：U443.36+2文献标识码：A文章编号：1概述铸钢支座分为固定和活动支座两种，它们分别用于直线梁和曲线梁的支承，能同时承受多种组合荷载，其中包括垂直纵横向荷载、扭转荷载以及冲击荷载等。为满足行车的安全可靠、平稳及低噪声的耍求，铸钢支座应具有足够的强度、抗疲劳、耐磨、承受梁荷载和环境温度变化以及防腐蚀的耐久性要求。为此，采用I—DEAS(MS7.0)软件，建立了梁活动钢支座的三维实体模烈(比例1：1),并按三维四面体结点单元将其划分为34367个单元和35236个结点，对所建模型进行疲劳及寿命有限元分析，

4、以得到其在荷载作用下疲劳失效因子及各零件寿命。2有限元模型按活动支座的实际尺寸，建立和实际零件比例为1:1的有限元模型，其单元形式为四面体结点单元，模型的主要数据见表1,支座三位实体如图lo图1活动支座三维实体2荷载条件(1)竖向荷载按最不利工况考虑，其最大竖向荷载为901kN作用在支座上的梁自重565.02/2二282.51kN故其最小荷载为282.51kN最大荷载为901kN平均荷载为=(282.51+901)/2=591.755kN应力幅值为=(9010282.51)/2=309.245kN(2)横向水平荷载按最不利工况考虑，计入摇摆力

5、及风力产生的最大横向水平荷载为6011+27103=87113kN,即横向水平荷载在0〜87113kN间变化。3疲劳寿命分析在对活动支座的疲劳寿命分析中采用稳定疲劳分析方法，其中，对零件疲劳寿命计算准则主要有应力寿命准则(准则)、应变寿命准则(准则)O应变寿命准则主要用于低周循环疲劳计算(即循环次数低于103-104),故应采用应力寿命准则对活动支座进行疲劳寿命分析。对在循环交变应力作用3X106次(即3百万次)后的活动支座得到3种分析结果：(1)屈服强度(YieldStrength)失效因子，其计算准则为：式中：为时间时的有效应力，为材料的

6、屈服极限。SF的值为0〜1Z间的数值，SF<1表示未发生疲劳破坏，SF=1表示将发生疲劳破坏。（2）应用Goodman准则得到失效因子,其计算准则为式中：r为双向应力比；为第i循环的应力幅；为第i循环的平均应力；为材料允许循环应力；为材料极限强度。SF的值为0〜1之间的数值，SF〈1表示未发生疲劳破坏，SF=1表示将发生疲劳破坏。（3）应用Gerber准则得到失效因了，其计算准则为：SF的值为0〜1Z间的数值，SF〈1表示未发生疲劳破坏，SF二1表示将发生疲劳破坏。4计算结果对支座疲劳寿命按应力寿命准则（即准则）进行计算得到其累积损伤和疲劳寿

7、命。活动支座主要由上下摆、支承块、销轴3种不同材料的零件组成，在分别对其进行疲劳分析后，得到计算结果如表2。活动支座的疲劳分析计算结果表2屈服强度失效因了Goodman失效因了Gerber失效因子积累损伤疲劳寿命上、下摆7.03X10-5〜0.380〜0.4820〜0.3640〜1.04X10-65.66X1013〜1X1036次支撑压块&46X10-4〜0.4320〜0.3560〜0.2100~6.20X10-31.82X1010〜1X1036次销轴1.44X10-3〜0.2120〜0.230〜0.1170〜6.37X10-31.66X10

8、10〜1X1036次5结论通过对活动钢支座的疲劳寿命有限元分析，可得到如下结论：（1）活动支座各零件在屈服强度准则、Goodman准则及Gerber准则下都远远未达