中国工程论文网
代写工程论文
当前位置:工程论文网 > 土木工程论文 > 在役公轨两用钢桥疲劳应力幅土木工程分析研究

在役公轨两用钢桥疲劳应力幅土木工程分析研究

时间:2018-03-12 09:59来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇土木工程论文,土木工程(英文:Civil Engineering)是建造各类工程设施的科学技术的统称。它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养、维修等技术活动,
本文是一篇土木工程论文,土木工程(英文:Civil Engineering)是建造各类工程设施的科学技术的统称。它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养、维修等技术活动,也指工程建设的对象。即建造在地上或地下、陆上或水中 ,直接或间接为人类生活、生产、军事、科研服务的各种工程设施,例如房屋、道路、铁路、管道、隧道、桥梁、运河、堤坝、港口、电站、飞机场、海洋平台、给水排水以及防护工程等。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇土木工程论文,供大家参考。
 
第一章 绪论
 
1.1 研究背景
城市轨道交通全称为城市快速轨道交通,包含了城市地铁、轻轨、单轨交通、有轨电车、高速磁浮列车和市郊(郊区)列车(通勤列车)等。城市轨道交通拥有客运量大、运行周期短,行驶速度快、安全可靠、准点、舒适度高等典型特征。经过近几十年探索研究,城市轨道交通得到了迅速的发展,在我国部分城市已经成为了城市客运交通系统中无法代替的公共交通运行部分。城市轨道交通国家快速发展的必要产物。首先,由于我国城市的快速发展,居民的出行距离以及出行次数不断增加,因而需要发展长距离的有效交通运输工具。其次,对于出行强度方面,在早晚出行魑高峰时间段,大部分城市行车主干道上的客流量远远超过了 1 万人次,而且由于公路交通的拥堵造成出行时间的浪费。随着人们的出行需求的不断增大,传统的出行工具包括公共汽车,出租车以及私家车等已经不能达到人们的需求量,这是就迫切的需要一种准时的交通工具。因而在城市交通系统中建设客运量大,准点可靠的中长距离运输工具——城市轨道交通,这是城市发展的必经之路。与此同时,在我国城市人口密度大而土地供给的相对有限的双重特征下,建设城市道路和停车设施就受到了很多的制约。由于中国人口密集,人口居住密度较高,在城市公路交通愈来愈拥堵的环境下,轨道交通可以将城市地下空间与地上的空间相结合,充分、有效利用空间结构,避免土地资源的浪费。建立轨道交通系统,与城市其他公共交通形式组成立体交通体系,很大程度上缓解了城市公共交通运行压力。在东京、首尔等发达城市,城市轨道交通可以承担城市出行量的 60%,甚至更高。轨道交通可以在地域上区分开人口居住区域、工业园区和第三产业地区,为人们提供一种快速有效的出行方式,在改善城市中心区域人口密集状况,引导城市发展、合理利用城市空间、有效交通规划和土地开发等方面都有明显积极作用。
..........
 
1.2 公轨两用钢桥疲劳性能研究现状
我国对钢结构桥梁的疲劳研究起步较晚,但在近十几年得到了快速的发展,而早期钢结构桥梁疲劳研究大部分都是针对的铁路桥。1965-1970 年在建设成都至昆明铁路期间,第一次对大量的栓焊钢梁构造细节进行疲劳试验,为我国栓焊钢桥疲劳设计理论的形成和完善打下了坚实的基础。1998-1994 年期间,大量学者在铁路钢结构桥梁设计参数方面做了理论统计分析以及疲劳试验,推进了铁路钢结构桥梁疲劳可靠度设计的研究。1997 年,张玉玲、潘际炎[1]等人对公铁两用钢桁斜拉桥芜湖长江大桥的多种构造细节进行了疲劳试验研究,在传统的形容许应力设计理论中分细节考虑累积损伤,在疲劳研究方面有了突破性的进展。2003 年,同济大学马坤全、易鹏等人[2]针对公铁两用斜拉桥分析了正交异性钢桥面板结合体系和纵梁加横梁主梁体系的静、动力特性,同时探讨了结构几何非线性的影响。研究结果表明:正交异性钢桥面板结合梁体系在桥梁静、动力特性方面明显优于纵、横梁桥面体系桥梁;结构几何非线性因素对桥梁大部分杆件的内力影响较小,在桥梁整体结构计算时可以不考虑。轨道交通桥梁的用途与公路桥梁的用途不同,结构形式也有自己的特点,其轨道位置固定,桥面铺装形式与公路桥梁差别很大,同时列车轴重较大、振动和冲击作用强,因此轨道专用桥了或公轨两用桥梁正交异性板结构的静力行为和疲劳易损伤部位的疲劳性能都与公路桥梁存在差因此,对公轨两用钢桥疲劳应力幅分析研究很有必要随着轨道交通前期工作的不断深入进行及其项目设计工作的开展,公轨两用钢桥疲劳研究的起步虽晚,但在最近一段时间正在迅速发展中,并取得了一定成果。目前我国关于轻轨轨道交通桥梁或者公轨两用桥梁的疲劳研究大多数集中在模型实验研究或者理论计算分析研究,暂时还没有关于在役轨道交通钢桥或公轨两用钢桥疲劳应力幅测试分析方面的研究。
.........
 
第二章 疲劳分析理论
 
结构疲劳研究是一门边缘学科,需要材料、力学和设计三个学科的理论综合分析。疲劳分析研究方法与经典力学分析方法的不同主要集中在两个方面,首先,在疲劳荷载方面,常幅循环荷载在常规随机荷载中算是一种特例,大多数循环荷载都是变幅荷载,因此随机荷载谱的调查、分析和处理与经典的力学处理方法不同。其次,在研究疲劳强度采用的力学方法方面,荷载统计、应力分析以及疲劳寿命估算方法都与经典的力学的分析方法存在较大差异的。本章主要针对疲劳基本概念以及国内外桥梁结构疲劳分析计算方法进行介绍。
 
2.1 疲劳概念及其破坏过程
结构疲劳问题和普通强度问题存在较大的差异。第一,在荷载方面,造成疲劳破坏的荷载一般都低于材料本身的极限强度,有的甚至低于材料屈服强度;第二,应力循环累计是而造成的疲劳重要因素;最后,疲劳破坏的影响因素不仅是材料本身,构件的使用条件和环境因素也是疲劳破坏的关键因素。试件或构件在可变荷载作用下产生的内力随时间变化而产生循环应力与循环应变,当应力循环达到一定次数之后,试件或构件就会产生疲劳裂纹,随着循环荷载继续作用,裂纹不断延伸扩展,直到构件断裂的过程称之为疲劳破坏。因此疲劳强度可定义为结构构件抵抗疲劳失效的能力。[7]-[15]在循环载荷作用下,构件薄弱位置在最大应力时产生疲劳微裂纹,然后裂纹随着循环荷载作用的次数的增加而逐渐扩展,形成宏观裂纹,最终裂纹深度达到极限导致构件疲劳断裂。因此,疲劳破坏主要经历会经历三个阶段:裂纹形成、裂纹扩展和瞬时断裂。疲劳破坏的危险性很高,因为疲劳破坏属于脆性破坏,是结构构件长期损伤累积的结果,破坏前没有明显预兆。因此,结构设计计算时必须考虑结构的疲劳损伤,经过严格计算分析保证结构的实用安全性。在对疲劳断裂口进行宏观分析时,通常把疲劳断裂区分成三个分别与疲劳裂纹的形成、扩展和断裂三个阶段相对应的三个区域:疲劳源区、疲劳扩展区以及瞬时断裂区。疲劳破坏发生前由于裂纹表面受到反复挤压摩擦而形成的面积小且面光滑的区域称为疲劳源区。疲劳扩展区相对于疲劳源区而言面积较大且表面粗糙。随着裂纹的不断扩展,截面有效面积不断减小,在静载下断裂的区域称为损失断裂区。
.........
 
2.2 疲劳验算分析方法
英国规范 BS5400[18]对从概率论及疲劳影响因素的角度对公路桥梁以及铁路桥梁的结构抗疲劳设计方法进行了详细的阐述。主要内容包括基本假定、构造细节分类、应力计算方法、疲劳验算荷载和疲劳损伤度验算。(1)对公路桥梁,英国规范 BS5400 根据桥梁细节构造疲劳分级、设计寿命、荷载谱、及所制定的标准疲劳车的年交通量规定了三种疲劳计算方法。①不计疲劳损伤度的计算方法。该方法是以给出的容许最大应力幅为特征,相应疲劳设计寿命为 120 年,计算较为精确、简单但偏于保守。计算疲劳细节必须满足该规范表 17。将标准疲劳车在一慢车道和每一相邻车道进行加载,计算出细节构造的最大最小应力即可得到计算疲劳应力幅 。若 则细节构造的疲劳寿命满足要求。各类疲劳细节对应的疲劳应力幅容许值见表 2.3,表中 对应的是 次应力循环疲劳容许应力幅, 对应的是 次应力循环疲劳容许应力幅, 对应失效概率 2.3%。疲劳强度曲线见图 2-5。
...........
 
第三章 疲劳应力幅的确定 ....... 26
3.1 疲劳应力幅确定方法 .......... 26
3.2 规范疲劳荷载谱 ..... 26
3.2.1 中国规范疲劳计算模型 ........... 26
3.2.2 英国规范 BS5400 疲劳荷模型 ...... 28
3.2.3 AASHTO 疲劳荷载模型 ............ 29
3.2.4 Eurocod 疲劳荷载模型 ........... 30
3.3 疲劳荷载谱制定思路 .......... 32
3.4 本章小结 ........... 33
第四章 公路和轨道疲劳荷载模型确定..... 34
4.1 公路疲劳荷载模型 ............ 34
4.2 轨道疲劳荷载模型 ............ 40
4.3 本章小结 ........... 47
第五章 公轨两用钢桥疲劳应力幅分析示例......... 49
5.1 依托工程 ........... 49
5.2 结构分析模型建立 ............ 51
5.3 公路与轨道对桥梁结构的影响 ........... 53
5.3.1 公路与轨道分别对桥梁结构的影响 .......... 53
5.3.2 轨道疲劳车轴距与应力幅关系 ..... 55
5.4 公路应力幅验证分析 .......... 56
5.5 疲劳应力幅分析方法在千厮门大桥的应用 .......... 58
5.6 本章小结 ........... 62
 
第五章 公轨两用钢桥疲劳应力幅分析示例
 
5.1 依托工程
重庆千厮门嘉陵江大桥主要以轨道交通为主,公路交通依托于轨道交通而存在。千厮门大桥采用 88+312+240+80m 四跨单塔单索面连续钢桁斜拉桥,主桥全长为 720m。主梁结构采用上下两层交通布置的板桁结合梁,主桁宽度为 15m,主桥全宽 24~36.99m。上层为 4 车道公路交通,下层为 2 车道轻轨交通,通过重庆轨道交通 6 号线。由于地形条件限制,渝中区侧边跨上层公路线形与下层轨道线形不平行,主桁采用变高度三角形桁式结构,全桥节点间为采用等间距布置,节间长度 16 m。对于主桥支承体系,从纵向来看,桥塔处支点(P2)采用固定铰支座,其余各墩台均采用活动铰支座。主桁节点均采用整体节点,桥塔支座处的 B26 节点采用的节点板规格最大,为 5570×3200mm,厚度 70mm。上层桥面采用正交异性钢桥面板,沿纵向布置间距为 1.9~2.75 m 的横隔梁,斜拉索锚固区及桥塔根部处无索区桥面板采用 24 mm厚钢板,其余无索区桥面板厚 16 mm 的钢板,采用标准间距为 350 mm 的板肋加劲,板肋规格为 16×150 mm。下层桥面也采用正交异性钢桥面板,桥面板厚沿纵向采用三种不同的板厚 16、24、32 mm 并采用板肋加劲,纵桥向每 4 m 左右设置一道横隔梁,横桥向共设置中心间距 4.6 m 的两组轻轨小纵梁,小纵梁与横梁焊接连为一体。大桥主桁主要杆件均采用焊接箱型截面,其中下弦杆截面宽 1200mm,高1600mm,板厚 24~60mm;上弦杆截面宽度 1200mm,高 1200mm,板厚 24~44mm(过渡墩处竖杆厚 100mm),单个构件最大长度 16m。所有杆件均按照四面拼接设计,但有部分腹杆按照插入式两面拼接设计。重庆千厮门嘉陵江大桥侧面照见图 5-1,总体布置图见图 5-2,典型杆件截面见图 5-3。
........
 
结论
 
本文主要针对在役公轨两用桥梁的疲劳应力幅进行分析研究,目前我国《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)对公路钢桥疲劳分析已经有了相应的规定,但在公轨两用钢桥或轨道交通专用桥梁的疲劳计算方面缺少相应的规范,因此针对在役公轨两用桥梁,以重庆千厮门大桥为研究背景,通过一系列的分析研究,主要得出以下结论:
(1)计算桥梁结构整体疲劳应力幅的关键就是确定疲劳加载车辆。
(2)根据千厮门大桥公路交通交通量调查计算出千厮门大桥的公路疲劳车辆荷载总重为 280kN,参考国内其他公路荷载谱得到公轨两用钢桥上层公路疲劳应力幅计算疲劳荷载取 BS5400 规范中的标准疲劳车。针对轨道标准疲劳车,在公轨两用钢桥或轨道专用钢结构桥梁设计时,采用轻轨预测客流量计算轻轨标准疲劳车轴重,轴距取设计车辆实际轴距。考虑重庆城市交通运营密度大,轻轨桥梁分布密集,在缺少预测客流量数据时可直接取轴重 100kN。而对在役轨道桥梁或者在役公轨两用桥梁的疲劳分析则需要通过对轨道车辆实际重量及实际客流量确定轨道标准疲劳车等效疲劳轴重。
(3)以重庆嘉陵江千厮门大桥为工程背景,采用有限元分析软件 Midas/civil2015 建立全桥的三维模型。对比典型截面计算点的应力幅值得出公路荷载对公轨两用钢桥上层主梁结构影响较大,对下层主梁结构影响很小,而轻轨疲劳车模型计算的应力幅结果正好相反。因此,在进行公轨两用钢桥疲劳荷载应力幅计算时,上层公路交通主梁结构可以仅进行公路疲劳荷载加载得到疲劳应力幅,然后乘以一定的提高系数作为上层公路疲劳应力幅计算结果。下层轻轨交通主梁结构可以仅进行轨道疲劳荷载加载得到疲劳应力幅,然后乘以一定的提高系数作为下层轻轨疲劳应力幅计算结果。
(4)分别用不同轴重、轴距的轻轨疲劳车对千厮门大桥进行加载,通过对比分析可得,在计算出轻轨疲劳车轴重后,取车辆真实轴距即可,不需要进行等效轴距换算。
..........
参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------
发表评论
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。
评价:
栏目列表
点击提交代写需求
点击提交代写需求
点击提交代写需求
推荐内容