鐵路鋼結(jié)構(gòu)橋梁節(jié)點(diǎn)區(qū)域腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展剩余壽命評(píng)估研究.pdf

1、鐵路鋼結(jié)構(gòu)橋梁在加工制作和正常使用過程中，由于各種缺陷會(huì)不可避免地產(chǎn)生各種裂紋，其中由腐蝕坑發(fā)展形成的腐蝕疲勞裂紋影響最大。對(duì)于長(zhǎng)期服役于自然環(huán)境中的鐵路鋼結(jié)構(gòu)橋梁，在列車行走荷載作用下，結(jié)構(gòu)將會(huì)受到循環(huán)應(yīng)力和腐蝕環(huán)境的協(xié)同、交互作用，既有裂紋會(huì)迅速擴(kuò)展，以至于造成構(gòu)件突然的斷裂失效，甚至結(jié)構(gòu)的腐蝕疲勞破壞。由此可見，腐蝕疲勞裂紋已成為鐵路鋼結(jié)構(gòu)橋梁安全使用的重大威脅，研究鐵路鋼結(jié)構(gòu)橋梁腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展剩余壽命對(duì)于保證鐵路鋼結(jié)構(gòu)橋梁的自

2、身安全和正常使用是十分必要的。
　　基于此，本文以某鐵路鋼結(jié)構(gòu)橋梁為工程背景，采用理論與實(shí)際結(jié)合的研究思路，對(duì)列車行走荷載作用下的鐵路鋼結(jié)構(gòu)橋梁節(jié)點(diǎn)區(qū)域橫梁腐蝕疲勞裂紋有限元模擬、動(dòng)應(yīng)力分析、裂紋擴(kuò)展剩余壽命評(píng)估及其影響因素展開了深入系統(tǒng)的研究。根據(jù)國內(nèi)外對(duì)鐵路鋼結(jié)構(gòu)橋梁腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展剩余壽命的研究進(jìn)展與成果，結(jié)合工程背景，本文主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：
　?。?）研究了疲勞裂紋有限元模擬方法，針對(duì)實(shí)際工程背景，采用結(jié)構(gòu)

3、多尺度分析方法中的子模型法，使用ANSYS分別建立鐵路鋼結(jié)構(gòu)橋梁整體殼體模型，以及29組含裂紋的節(jié)點(diǎn)實(shí)體子模型。
　?。?）根據(jù)實(shí)際工程概況，編寫MATLAB程序計(jì)算出列車行走荷載，施加到鐵路鋼橋整體模型上得到含裂紋的節(jié)點(diǎn)實(shí)體子模型的荷載及邊界條件，使用雨流循環(huán)計(jì)數(shù)法提取出節(jié)點(diǎn)實(shí)體子模型的邊界處應(yīng)力幅，并分別加載到裂紋擴(kuò)展實(shí)體子模型上，獲得鐵路鋼橋節(jié)點(diǎn)區(qū)域橫梁裂紋處的應(yīng)力應(yīng)變時(shí)程曲線，并進(jìn)行動(dòng)應(yīng)力分析。
　?。?）依據(jù)斷裂力

4、學(xué)理論，通過位移外推法（基于ANSYS的應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算方法），計(jì)算出鐵路鋼結(jié)構(gòu)橋梁節(jié)點(diǎn)區(qū)域橫梁三維疲勞裂紋的裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子K，并由多組裂紋擴(kuò)展模型建立對(duì)應(yīng)于裂紋擴(kuò)展過程的應(yīng)力強(qiáng)度因子幅數(shù)據(jù)庫。
　?。?）通過斷裂力學(xué)的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展剩余壽命評(píng)估理論，采用基于Pairs公式的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展工程模型，利用逐循環(huán)累積疊加法，編寫了基于MATLAB的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展剩余壽命計(jì)算程序，從而計(jì)算出不同初始裂紋長(zhǎng)度、不同車速下鐵路鋼

5、橋節(jié)點(diǎn)區(qū)域橫梁腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展剩余壽命，并進(jìn)行對(duì)比分析。
　　綜上所述，本文將基于子模型法的結(jié)構(gòu)多尺度有限元分析方法與基于斷裂力學(xué)理論的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展剩余壽命評(píng)估方法相結(jié)合，解決了復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)的腐蝕疲勞壽命評(píng)估問題，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，本文也建立了針對(duì)大型鐵路鋼結(jié)構(gòu)橋梁的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展剩余壽命的系統(tǒng)評(píng)估方法，從而可以確定列車行走荷載作用下帶腐蝕裂紋工作的鐵路鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件的使用壽命，保證鋼橋在服役期間的安全使用，這對(duì)于鐵