文档介绍：分类号:U44; U45
10710-2011121206
硕士学位论文
公路钢结构桥梁抗疲劳设计方法研究
李芹子
导师姓名职称吕忠达教授狄谨教授
申请学位级别工学硕士学科专业名称桥梁与隧道工程
论文提交日期 2014 年 6 月 3 日论文答辩日期 2014 年 6 月 13 日
学位授予单位长安大学
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A Study on the Method of Fatigue Design of
Highway Steel Bridge
A Dissertation Submitted for the Degree of Master
Candidate:Li Qinzi
Supervisor: Zhonda
Jin
Chang’an University, Xi’an, China
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摘要
钢结构桥梁虽然具有自重轻、跨径大等优点,但是由于长期承受车辆荷载循环作
用,加上其自身焊接连接、截面突变、应力集中等因素容易引发疲劳裂纹,严重时会
发生疲劳断裂破坏。我国现行的公路桥涵钢结构及木结构设计规范中疲劳设计部分相
对落后,对公路钢结构桥梁疲劳问题的特点认知不足,已经不能满足我国公路钢桥设
计的需要;而我国公路钢结构桥梁设计规范还处在修订状态,因此针对这一现状开展
对公路钢桥抗疲劳设计方法的研究很有必要。具体而言,本文主要做了以下工作:
1)从抗疲劳设计计算准则和计算公式、疲劳细节分类和疲劳荷载三个主要方面
对国外相对成熟的 AASHTO、BS 5400、Eurocode、日本规范,以及我国钢结构设计
规范、铁路钢桥规范和公路桥涵钢结构及木结构设计规范进行对比研究分析。
通过对 AASHTO 基于无限寿命法和安全寿命法的两种抗疲劳设计准则和计算公
式、BS 5400 三级循序渐进且自成体系的抗疲劳设计准则和计算公式、Eurocode 基于
绝对安全设计和损伤容限设计的三等级设计(无限寿命设计、等效损伤设计和损伤累
积设计)的计算准则和计算公式、日本规范基于无限寿命法和安全寿命法的简便评定
和损伤累积评定计算准则和计算公式的研究,基于我国规范中的计算准则和公式,指
出其中有待更新和可以沿用的部分,并给出适用于我国公路桥梁钢结构疲劳设计计算
公式。
对国内外规范疲劳细节的类别、等级强度与 S-N 曲线特征进行对比分析,通过对
国内外疲劳细节的划分原则,以及我国铁路钢桥规范中细节分类与国外规范之间的差
别进行详细研究,指出我国公路钢桥规范疲劳细节划分时应采用的原则和值得注意的
问题,并指出我国需要通过增加疲劳试验或开展新的疲劳试验来确定强度等级大小的
疲劳细节,为我国公路钢结构桥梁中疲劳细节分类提供参考和建议。
通过对 AASHTO、BS 5400、Eurocode 和日本规范中疲劳荷载进行研究分析,给
出了疲劳荷载的主要形式。简述了标准疲劳车模型的推导方法,并以简支梁桥为例,
采用有限元程序 ANSYS 计算分析了不同跨径下 AASHTO、Eurocode 和 BS 5400 标
准疲劳车、日本 T 荷载,以及我国公路-Ⅰ级、公路-Ⅱ级和城-A 级、城-B 活载车辆
对简支梁跨中截面造成的弯矩幅大小,以及不同轴数的车辆造成的应力循环次数,得
到我国已有车辆模型与国外的标准疲劳车辆之间的差异程度,为我国公路钢桥制定疲
劳荷载提供参考。
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2)以大榭第二大桥为工程背景,依据 AASHTO、Eurocode 和日本规范,采用有
限元程序 ANSYS 对该桥正交异性钢桥面板的典型疲劳细节进行疲劳强度验算。通过
对计算结果进行分析,并从抗疲劳设计准则、疲劳细节分类和疲劳荷载三个方面综合
考虑,得出最适合我国公路钢桥正交异性钢桥面板抗疲劳设计的规范,为我国公路钢
桥正交异性钢桥面的抗疲劳设计提供参考。
关键词:公路钢桥;疲劳设计;疲劳细节;疲劳荷载;疲劳寿命;正交异性钢桥面板
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Abstract
Although steel bridge has the advantages of light-weight and big-span, due to the
long-term and cycle effect of vehicle, coupled with its own def