高速铁路正交异性钢桥面板构造细节疲劳性能研究

【摘要】：由于正交异性钢桥面板构造比较复杂,焊缝密集以及直接承受车轮荷载的往复作用,公路桥梁正交异性钢桥面板易于产生疲劳损伤。以德国为代表的欧洲、日本、美国等发达国家从上世纪六十年代开始将正交异性钢桥面板结构广泛应用于大跨度桥梁,但多座桥梁投入运营后不久就陆续出现了疲劳裂纹,国外对其进行了大量的研究工作,各国规范也几经修订,使得绝大多数疲劳裂纹得以避免。 正交异性钢桥面板具有自重轻、整体刚度大、能作为主梁的一部分参与共同受力、可起到平联作用等优点在我国高速铁路桥梁上得到越来越多的应用。但由于高速铁路桥梁所承受的荷载及桥面板构造与公路桥梁有所不同,所以针对高速铁路桥梁正交异性钢桥面板的疲劳性能问题仍有待研究,本论文的主要工作包括以下几个方面： ①回顾了正交异性钢桥面板疲劳设计的发展和现状,并对目前正交异性钢桥面板疲劳分析和评定的方法进行了搜集、概括； ②以京沪高铁南京大胜关长江大桥为研究对象,利用ANSYS有限元软件建立了正交异性钢桥面板有限元分析模型,计算了在移动列车荷载作用下典型构造细节处的应力历程,并对其疲劳性能按照基于Miner准则的S-N曲线法进行了研究； ③考虑正交异性钢桥面板在使用过程中可能出现混凝土道砟槽板与桥面板间剪力键失效、组合桥面结构一旦发生损坏,更换不易和钢桥面板在制造和安装过程中的精度控制等问题,建立不同构造细节的正交异性桥面板有限元模型,通过计算,得到列车通过时不同条件下正交异性钢桥面板典型构造细节的应力历程,并对其疲劳性能进行了分析。