论文部分内容阅读
正交异性钢桥面板凭借其良好的力学性能,近年来被广泛应用到铁路桥梁工程中。但由于直接承受列车荷载反复作用,桥面结构的疲劳损伤随着使用时间增长而不断积累,需要定期对其疲劳性能进行评估,出现疲劳裂纹后通常还需要进行加固处理。本文以南京大胜关长江大桥作为研究对象,深入系统开展铁路正交异性钢桥面板的疲劳应力分析和疲劳寿命评估方法研究,并对其关键构造细节的疲劳热点应力特性进行试验测试与数值分析,在此基础上对钢桥面板采用UHPC的疲劳加固技术进行研究。主要研究内容和结论如下:(1)参考现行桥梁设计规范,系统性提出铁路正交异性钢桥面板的疲劳寿命评估方法,并选取南京大胜关长江大桥作为工程对象开展实例分析。采用Abaqus软件建立两个桁架节间的钢桥面板整体节段的有限元模型,重点对五类关键构造细节的疲劳强度进行了验算,采用外推法计算得到焊趾处的热点应力,并按疲劳Ⅰ(无限疲劳寿命)和疲劳Ⅱ(有限疲劳寿命)两种疲劳极限状态进行分析,结果表明所有构造细节的疲劳性能均满足设计阶段要求。在此基础上考虑已有的疲劳损伤累积,对在役未开裂铁路正交异性钢桥面板的剩余疲劳寿命进行了预测,同样可满足剩余使用寿命要求。通过疲劳性能评估,识别出U肋-盖板(RD)节点焊缝的U肋焊趾以及横梁开孔处的U肋焊趾为今后可能发生疲劳开裂的敏感区域,需要重点关注。(2)从桥面整体模型中提取出疲劳应力较高的U肋-盖板-横梁(RDF)三向连接节点进行专项研究,设计制作了2个RDF节点试件开展热点应力试验测试,其中1个试件在加载前采用超高性能混凝土(UHPC)对盖板进行了加固。试验采用梯度应变片对焊趾附近外推区的应力分布进行测量,并基于IIW外推方法得到热点应力值。试验结果表明:节点的最大应力出现在U肋与横梁焊缝的U肋焊趾处以及横梁的开孔区域,并各自呈现出线性和二次抛物线分布规律;UHPC加固盖板后的关键区域热点应力得到大幅降低。(3)分别建立UHPC加固前和加固后的RDF节点实体有限元模型,对热点区域的局部应力进行分析,结果表明焊趾附近的应力分布以及相应的热点应力值均与实测结果相吻合,从而验证了本文实体有限元模型的准确性。进一步围绕UHPC加固层厚度对热点应力的影响开展参数化分析,发现增大UHPC厚度可持续降低U肋焊趾处和横梁开孔边缘处的应力。本文研究成果可以为铁路正交异性钢桥面板的疲劳应力分析和疲劳性能评估提供参考和借鉴,并为基于UHPC的钢桥面板疲劳加固方法提供科学依据。