钢桥面板U肋与横隔板焊缝疲劳特性分析

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1、国内图书分类号：U448.27密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学研究生学位论文钢桥面板U肋与横隔板焊缝疲劳特性分析年级二零一五级姓名王万威申请学位级别工程硕士专业建筑与土木工程指导教师李乔教授张清华教授二零一八年五月西南交通大学硕士研究生学位论文第I页ClassifiedIndex:U448.27U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisFatiguePropertiesAnalysisofWeldedJointsofU-ribsandDiaphragmsonSteelBridgeDeckGrade:2015

2、Candidate:WangWanweiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:ArchitecturalandCivilEngineeringSupervisor:Prof.LiQiaoProf.ZhangQinghuaMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第II页西南交通大学硕士研究生学位论文第III页西南交通大学硕士研究生学位论文第IV页摘要正交异性钢桥面板广泛应用于中大跨度桥梁结构，但这种桥面板结构构造复杂，焊接易造成应力集中，在局部车轮荷载的往复作用下，构造细节处易疲劳开裂。本文以最易萌生和开展疲

3、劳裂纹的细节—U肋与横隔板连接处为研究对象，对正交异性钢桥面板疲劳开裂问题进行了深入研究。主要工作和结论如下：（1）对U肋与横隔板连接处疲劳裂纹失效现象进行了分析，分析表明：影响关注细节疲劳性能的变形作用主要包括横隔板面外及面内变形以及U肋的畸变。（2）以武汉青山长江大桥疲劳试验研究项目为依托，建立有限元模型，沿横向和纵向变换轮载加载位置，分析轮载作用下U肋与横隔板连接处应力分布与组成情况。分析结果表明：U肋一侧腹板正上方为横向最不利位置，关注细节处的应力对轮载的横向位置较为敏感。横隔板以面内受力为主，面外弯曲作用很小，而U肋腹板同时受面内外变形及畸变的共同作用。（3）调研表明U肋与

4、横隔板连接处主要存在四类常见裂纹，从常见疲劳裂纹角度出发，确定了各破坏模式下决定裂纹萌生和扩展的控制应力，并对各控制应力做了相应的对比分析。分析结果表明：对于开孔自由边的C1裂纹，控制应力为孔自由边的切向应力，对于U肋与横隔板焊缝端部的C2和C3裂纹，控制应力分别为U肋腹板外表面的竖向拉应力和纵向拉应力，前者在数值上为后者的2~3.9倍，C2裂纹出现的可能性大于C3裂纹。（4）针对U肋与横隔板连接处的应力组成情况，以常见裂纹控制应力值为对比指标，对关注细节处构造做了相应的优化和分析，优化措施包括增设U肋内加劲构造和采用横隔板不同开孔形式。分析结果表明：内部加劲肋构造形式优化效果最佳，

5、而6类开孔形式中，孔型4疲劳性能较好。文中还研究了顶板厚度、横隔板厚度、U肋厚度对U肋与横隔板连接处疲劳性能的影响，并推荐了相对较优的板件厚度。关键词：正交异性钢桥面板；疲劳；U肋与横隔板；应力组成；控制应力；优化分析西南交通大学硕士研究生学位论文第V页AbstractOrthotropicsteelbridgedeckhasbeenwidelyusedinmediumandlargespanbridgestructures.However,structureofthiskindofbridgedeckiscomplicatedandweldingcaneasilycausestre

6、ssconcentration.Underthereciprocatingactionoflocalwheelloads,structuredetailsarepronetofatigue.Inthisthesis,ifocusmystudyontheribtodiaphragmconnectionwhichismostlikelytobedamagedbyfatigue.Themainworkandconclusionsareasfollows:(1)ThefatiguecracksatthejointofU-ribanddiaphragmareanalyzed.Theanalys

7、isshowsthatthedeformationthataffectsthefatigueperformanceofthedetailincludesout-of-planedeformationofthediaphragm,in-planedeformationofthediaphragmanddistortionoftheU-rib.(2)BasedonthefatigueresearchprojectofWuhanQingshanYangtzeRi