基于损伤力学的铁路钢桁梁桥整体焊接节点疲劳寿命评估

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整体焊接节点在公路与铁路交通干线的钢桁梁桥中得到了广泛应用,然而由于其疲劳敏感部位多、内部构造与受力状态复杂以及焊接初始缺陷的引入等原因,使得其疲劳性能面临着严峻挑战;同时,随着交通运输行业发展日益“高速化、重载化”,这一趋势进一步加剧了钢桁梁桥的结构动力响应和疲劳致损效应,给整体焊接节点的疲劳性能带来不利影响。准确分析整体焊接节点的疲劳损伤演化过程并开展疲劳寿命评估工作,是保障钢桁梁桥安全服役和行车安全性的基本前提。本文以一座典型铁路钢桁梁桥整体焊接节点为研究对象,采用损伤力学评估方法对钢桁梁桥整体焊接节点开展了损伤演化过程分析与疲劳寿命评估工作,主要内容包括:(1)综述国内外钢结构桥梁常用疲劳抗力评估方法研究现状,阐明采用基于损伤力学的疲劳性能评估方法进行整体焊接节点疲劳损伤演化过程模拟与疲劳寿命预测的必要性,明确本文研究目标和研究思路。(2)基于既有文献中两类焊接构造细节模型疲劳试验结果,拟合得到其疲劳损伤相关参数,开展了不等厚对接焊缝试件与十字接头试件疲劳损伤演化分析及疲劳寿命评估,并与试验结果进行对比,验证了损伤力学评估方法在疲劳寿命预测与疲劳损伤演化过程分析中的适用性。(3)基于一座典型铁路钢桁梁桥全桥梁单元模型确定了其疲劳易损节点所在位置,建立了既包含局部复杂构造细节信息又体现结构整体力学行为的一致多尺度有限元模型;建立了车辆动力学简化分析模型和车桥系统动力学简化分析模型,采用接触力法完成了钢桁梁桥多尺度有限元模型单线加载时的动力响应分析,开展了四线铁路钢桁梁桥多线系数的相关研究。(4)以单线加载得到的结构动力响应为基础,通过多线系数考虑多线列车相遇对桥梁结构动力响应及疲劳致损效应的影响;采用能够反映整体焊接节点关注区域材料信息与焊接工艺的十字接头试件疲劳试验结果拟合得到的材料损伤阈值指数和材料损伤累积指数,完成了两个疲劳易损节点的寿命评估及损伤演化过程分析。
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