【摘要】：正交异性钢桥面板是由钢顶板、焊接于钢顶板上的纵肋和与之垂直的横梁组成的新型桥面结构,桥面板上铺设50~80 mm的铺装层。采用传统沥青铺装层的钢桥面板易出现铺装层破坏和焊缝疲劳裂纹问题,钢-UHPC组合桥面结构的出现为解决上述问题提供了新的思路。目前,在正交异性钢桥面板铺层的界面剪切强度研究上,多数研究者都是基于标准车辆的载荷谱进行组合桥面板栓钉剪切强度校核,未考虑超载车辆带来的影响。作为较易发生疲劳裂纹的肋-面板焊缝,受到以压应力为主的循环荷载。目前还没有公认的可以准确地考虑拉-压循环载荷中压应力影响的裂纹扩展率模型。针对以上问题,本文进行了下列研究。(1)钢-UHPC组合桥面板的栓钉剪切强度校核。其中综合考虑了车辆轮载加载方式以及超载车辆等因素的影响,计算新型钢-UHPC组合桥面板中UHPC铺装层和钢顶板之间的层间切应力分布特点并校核了钢-UHPC组合桥面板的栓钉剪切强度。结果表明,超载车辆作用下的最大层间横向切应力高于钢-UHPC组合桥面板中的栓钉抗剪承载力所对应的切应力强度极限,栓钉有被剪断的危险。(2)拉-压循环加载下Q345钢的疲劳裂纹扩展速率试验。基于合理设计的Q345钢疲劳裂纹扩展速率试验,验证循环荷载中压应力对疲劳裂纹扩展的驱动作用。通过对常用的裂纹扩展速率模型进行评估,初步探索能够合理描述循环荷载中压应力影响的裂纹扩展率模型。试验结果显示,循环荷载中的压应力对疲劳裂纹的扩展有较大的驱动作用,可初步认为裂尖反向塑性区模型对考虑压应力影响的疲劳裂纹扩展能给出更为合理的结果。(3)基于三维断裂力学的正交异性钢桥面板的肋-面板焊缝疲劳分析。采用改进的Schwartz-Neuman交替法建立肋-面板焊缝的局部三维断裂力学模型,和使用基于裂尖反向塑性区的裂纹扩展率模型计算拉-压循环载荷下的疲劳裂纹的扩展。选取超重多轴货车的载荷谱工况评估了肋-面板焊缝疲劳寿命。结果表明,若仅考虑严重超载的五轴和六轴货车的高峰值应力所产生的疲劳损伤做偏保守的疲劳寿命评估,得到肋-面板焊缝的疲劳寿命约为20年,远低于桥梁的设计寿命。本文考虑了超载工况对正交异性钢桥面板的界面剪切强度及焊缝疲劳的影响,初步探索了能够合理描述循环荷载中压应力影响的裂纹扩展率模型。它为桥梁的安全设计以及建立更为准确的考虑压应力影响的裂纹扩展率模型提供了基础。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O346
【参考文献】
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2603134
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