混凝土板桁结合钢桁梁桥整体节点典型焊接细节疲劳性能研究

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采用整体节点的混凝土板桁结合钢桁梁桥在国内外交通干线上得到了广泛应用,整体节点处多杆件交汇,焊接部位众多,受力极为复杂,在繁重的交通荷载作用下,其节点焊接细节疲劳性能逐步退化,将影响钢桁梁桥结构的服役安全。此外,混凝土桥面板与钢桁梁的结合形式对主桁受力及节点疲劳损伤机制有重要影响,厘清整体节点典型焊接细节的疲劳性能和混凝土桥面与主桁结合形式对整体节点典型焊接细节疲劳性能的影响机理,是确保混凝土板桁结合钢桁梁桥安全运营的基本前提。本文基于一座典型的混凝土板桁结合钢桁梁桥,针对上述问题开展了系列研究,主要内容包括:(1)综述国内外钢桥疲劳性能评估方法、整体节点相关疲劳研究现状和混凝土板桁结合钢桁梁桥研究现状,探讨了采用整体节点的混凝土板桁结合钢桁梁桥中仍需深化研究的关键问题,明确了研究目标,梳理了研究思路并制定了研究内容;(2)介绍了基于结构应力法的疲劳评估方法,梳理了疲劳计算方法中的线性累积损伤理论及疲劳荷载谱与疲劳应力谱的获得方式,为开展混凝土板桁结合钢桁梁桥整体节点典型焊接细节的疲劳性能研究提供相应理论依据;(3)对一座典型的混凝土板桁结合钢桁梁桥,分别建立了混凝土桥面与钢桁梁采用全结合和半结合方式下的全桥杆系有限元模型和多尺度有限元模型,对全桥整体节点进行了交汇杆件的内力幅对比分析,识别了两类结合方式下钢桁梁整体节点典型焊接细节对应的疲劳性能的控制节点,对典型焊接细节的易开裂模式进行了多尺度疲劳损伤对比分析,阐明了混凝土桥面板与钢桁梁不同结合方式对整体节点典型焊接细节疲劳性能的影响机理;(4)基于钢桁梁桥既有车流统计数据,采用生长曲线模型对过桥车流量进行了合理预测,采用Monte-Carlo方法建立了两类桥面结合方式的钢桁梁桥疲劳控制节点典型焊接细节的疲劳车辆荷载谱和应力谱的求取方法,对两者的疲劳控制整体节点典型焊接细节进行了疲劳寿命概率性评估,量化分析了不同混凝土桥面板结合方式对钢桁梁桥整体节点典型焊接细节疲劳性能的影响效应,研究成果可为采用整体节点的钢桁梁桥的运营安全及混凝土板桁结合形式的选择提供科学依据。
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