鋼橋面板溫度場及其疲勞效應(yīng)的長期監(jiān)測與分析研究.pdf

1、正交異性鋼橋面板的疲勞分析與設(shè)計是目前國內(nèi)外學(xué)術(shù)界與工程界的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。盡管名義應(yīng)力法已廣泛應(yīng)用于鋼橋面板的疲勞分析與設(shè)計，如何準(zhǔn)確預(yù)測鋼橋面板在真實(shí)荷載與環(huán)境條件下的疲勞荷載效應(yīng)，建立更為完善的鋼橋面板抗疲勞設(shè)計方法，仍是橋梁工程領(lǐng)域面臨的一大挑戰(zhàn)。本文以潤揚(yáng)長江大橋南汊懸索橋和北汊斜拉橋的鋼橋面板為研究對象，研究車輛荷載和溫度共同作用下鋼橋面板的疲勞荷載效應(yīng)計算方法。本文的主要工作和成果如下:
　　 1.基于長期監(jiān)測數(shù)據(jù)研

2、究了潤揚(yáng)大橋懸索橋鋼橋面板焊接細(xì)節(jié)（頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)和縱肋對接焊接細(xì)節(jié)）的疲勞荷載效應(yīng)與鋼橋面板溫度、車流量等的相關(guān)性特征。分析結(jié)果表明，兩類焊接細(xì)節(jié)的日等效應(yīng)力幅與鋼橋面板溫度存在較強(qiáng)的季節(jié)相關(guān)性，表現(xiàn)為“夏季溫度高，日等效應(yīng)力幅高;冬季溫度低，日等效應(yīng)力幅低”的變化特點(diǎn)，并且頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)的日等效應(yīng)力幅對溫度的變化更加敏感。在此基礎(chǔ)上得到了兩類焊接細(xì)節(jié)日等效應(yīng)力幅的月平均值與溫度月平均值間的線性相關(guān)模型。
　　 2.基

3、于溫度長期監(jiān)測數(shù)據(jù)研究了潤揚(yáng)大橋斜拉橋和懸索橋鋼橋面板的溫度統(tǒng)計分布特征。分析結(jié)果表明，鋼橋面板實(shí)測溫度可采用2個正態(tài)分布的加權(quán)和組成的概率密度函數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確估計，而鋼橋面板實(shí)測橫向溫差服從2個Weibull分布的加權(quán)和組成的概率密度函數(shù)。在此基礎(chǔ)上采用極值分析方法確定了具有50年重現(xiàn)期的潤揚(yáng)大橋斜拉橋和懸索橋鋼橋面板的溫度標(biāo)準(zhǔn)值和溫差標(biāo)準(zhǔn)值。
　　 3.研究了鋼橋面板疲勞荷載效應(yīng)簡化分析模型。首先采用多尺度有限元模擬方法建立了鋼

4、橋面板疲勞荷載效應(yīng)的精細(xì)化分析模型，研究了頂板-縱肋焊接細(xì)節(jié)和縱肋對接焊接細(xì)節(jié)疲勞荷載效應(yīng)的順橋向和橫橋向變化特征。分析結(jié)果表明，當(dāng)局部構(gòu)件尺度模型的長度足夠時，鋼橋面板第一結(jié)構(gòu)體系對焊接細(xì)節(jié)疲勞荷載效應(yīng)的影響很小，可以直接采用局部構(gòu)件尺度模型計算疲勞荷載效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上將鋼橋面板（僅由頂板和頂板縱肋組成）簡化為順橋向支承在橫隔板上、橫橋向支承在頂板縱肋上的局部受力結(jié)構(gòu)體系，以等效應(yīng)力幅Seq為分析指標(biāo)對簡化分析模型的計算參數(shù)進(jìn)行了敏感

5、度分析和優(yōu)化分析，確定了車輛荷載作用下鋼橋面板疲勞荷載效應(yīng)計算的簡化分析模型。
　　 4.研究了車輛荷載和溫度共同作用下鋼橋面板焊接細(xì)節(jié)疲勞荷載效應(yīng)計算方法。建立了鋼橋面板-鋪裝層一體化疲勞分析模型，分析了溫度對鋼橋面板疲勞荷載效應(yīng)的影響特點(diǎn)和影響規(guī)律，并與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行了對比分析。在此基礎(chǔ)上建立了隨機(jī)車輛荷載模擬方法及其鋼橋面板疲勞應(yīng)力時程計算方法，并基于鋼橋面板溫度作用的全壽命模擬方法，建立了車輛荷載和溫度共同作用下焊接細(xì)節(jié)疲