大跨钢桥疲劳裂纹扩展的数值模拟研究

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1、表兩扛繁巧±学位论文大巧钢桥疲劳裂纹扩展的数值模热研究专业名觀防灾减巧工程及防护工超研究生姓名：刘中禅导师巧名：巧形巧巧本论文获江苏省杰出青年基金２０３０胆３）－（ＢＫ１和江苏省交通科学研究计划项目（２０１１Ｙ０９２）资助。ＲＥＳＥＡＲＣＨＩＮＮＵＭＥＲＩＣＡＬＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＯＦＦＡＴＩＧＵＥＣＲＡＣＫＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮＩＮＬＯＮＧ－ＳＰＡＮＳＴＥＥＬＢＲＩＤＧＥＳＡＴｈｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｅｄ化ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵ

2、ｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｏｒｔｈｅＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＢＹＬｉｕＺｈｏｎｘｉａｎｇｇＳｕｐｅｒｖｉｓｅｄｂｙＰｒｏｆ．ＧｕｏＴｏｎｇＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＪａｎｕａｒｙ２０１５东南大学学位论文独彻性育明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Ｗ标注和致谢的地方外

3、，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巧所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研巧生签名－：扛呼厚曰期；列皆分１手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、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档、，可Ｗ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。除巧保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可Ｗ

4、公布（包括Ｗ电子信息形式刊登、。论文的公布（包括Ｗ电）论文的全部内容或中英文摘要等部分内容子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研巧生签名：师《名：日期：本片ｆ爭摘要一（）疲劳破坏是钢桥构件和其连接细节的典型破坏模式之，疲劳裂纹缝的萌生和扩展不仅影响到结构的安全。因，也引发了大量的后期养护费用此，科学准确地预测裂纹的扩展对于疲劳敏感部位的维修和加固具有重要意义。本文奸对大跨斜拉桥的若干疲劳易损细节，研究了随机荷载作用下疲劳裂纹扩展的数值模拟方法，所完成的主要

5、工作如下：（１）。介绍了裂纹扩展的Ｈ种模式及其成因疲劳裂纹及其扩展的断裂力学理论及方法研究，对裂尖渐进场的描述方法、断裂参数的常用计算方法、裂纹扩展模型、裂纹扩展的数值模拟方法及其适用性进行了对比分析。（２）提出了随机车载场和环境温度作用下的大跨钢桥疲劳裂纹扩展的数值模拟方法。通过桥梁一收费系统和健康腔控系统的实测数据，建立了种面向疲劳分析的精细化车辆荷载概率模型Ｗ及环境温度模型。基于多尺度建模和子模型技术，采用最小应变能密度因子方法判定复急裂纹的扩展方。向，应用局部网格重

6、划分实现了疲劳裂纹扩展的数值模巧（３）通巧实桥检测、，对斜拉桥钢箱梁纵隔板开裂情况进行了统计分析，研究了裂纹的形态分布特点及扩展规律。通过有限元分析，研巧了纵隔板的作用及其损伤后对桥梁性能的影响，探讨了纵隔板节点区域开裂的原因。在此，并发现较大的应为幅和交变荷载是裂纹萌生及扩展的主要原因基础上，通过概率有限元分析，对润扬斜拉桥跨中纵隔板节点区域的疲劳寿命进行了预测，其结果与实桥检测结果基本吻合。（４）基于本文提出的裂纹扩展的模拟方法，对润扬斜拉桥钢箱梁正交异性桥面板的不同部位进行了

7、裂纹扩展分析。：研究了裂纹扩展中各裂纹模式的贡献，得到了应力强度因子的时程曲线基于线弹性断裂力学，对各细节的裂纹扩展寿命进行了预测。上述工作为研究大跨钢桥在运营阶段的疲劳损伤机理及推演裂纹的萌生、扩展过程等问题提、。供了有效的手段，可为大跨钢桥的优化设计维护方案和加固策略提供参考关键词：裂纹扩展；数值模拟；正交异性桥面板；焊縫；级隔板疲劳寿命；ＩＡＢＳＴＲＡＣＴＡＢＳＴＲＡＣＴＦａｔｉｈｅｔｉｌｆｉｌｌｆｂｉｄｔｄｔｉｄｅｔａｉｌｓ．ｉｇｕｅｃｒａｃｋ

8、ｉｎｇｓｏｎｅｏｆｔｃａａｕｒｅｍｏｄｅｓｏｒｅｃｏｍｅｎｓａｎｃｏｎｎｅｃｏｎｙｐｇｐＴｈｅｉｎ化ｉａｔｉｏｎａｎｄｒｏａａｔｉｏ凸ｏｆｆａｔｉｕｅｃｒａｃｋｌｅｏｒｃｒａｃｋｎｏｔｏｎｌａｆｅｃｔｓ也ｅｓａｆｅｔｏｆ化ｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｐｇｇｙｙｂｕｔａｌｓｏｔｒｉｅｒｓａｌｏｔｏｆｍａｉｎｔｅ打ａｎｃｅｃｏｓｔｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ化ｅｒａｔｉｏｎ