组合钢箱梁桥承载能力研究开题报告

 2020-02-18 07:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

桥梁是满足交通的重要组成部分,对社会经济的发展起到关键作用。但桥梁结构在长期超载运营中肯定会出现损伤以及安全隐患。想要保证桥梁的安全运营,就必须不时的对桥梁进行整体检测,对裂缝及其他损伤的发展趋势进行评估,从而能更好的保护桥梁结构。

国内外焊接钢桥发展现状:从钢桥 200余年的发展史来看,钢桥的发展紧紧追随着钢材料和制造技术的进步。1779年英国建造了第一座铁桥, 经过了100年, 才由锻铁代替铁,不久,又由钢取代了锻铁作为桥梁材料, 世界上第一座钢桥是1874年建造的,第一座铁路钢桥建于1890年,由此进入了钢桥时代。近年来,随着钢材技术进步, 出现了高强钢、控温控轧钢、高焊接性钢(低预热高强钢、大线能量钢)、抗层状撕裂钢、变厚度钢板、耐候钢、减振钢板等,促进了钢桥结构形式的多样化、合理化,并在更广的范围得以应用。在制造方面, 经历了销钉连接、铆接、焊接和连接为辅。

我国钢桥的建设已经有100多年的历史,就铁路钢桥而言,解放前由于材料、设计水平、制造水平、施工技术等条件的限制,当时所建的钢桥多是跨度很小的钢板梁桥。解放后,经过几十年的发展,我国铁路钢桥的整体技术水平有了长足的进步,使结构型式多样化、桥梁规模大型化、钢桥连接全焊化,这表现在钢桥材料的不断开发利用,设计理论、设计理念、设计手段的更新和提高,科研工作的不断深化并及时应用于设计、施工,同时施工、制造水平的提高。
焊缝连接的优缺点:焊接是现代钢桥主要的连接方法,焊接的优点是对钢材从任何方位、角度和形状相交都能方便使用,一般不需要附加连接板、连接角钢等零件,也不需要在刚才上开孔,不使截面削弱。因此,它的构造简单,节省钢材,制造方便,并易于采用自动化操作,生产效率高。此外,焊接的刚度较大,密封性较好。焊接的缺点是附近钢材因焊缝的高温作用而形成热影响区,其机械性能发生变化,某些部位材质变脆;焊接过程中钢材收到不均匀的高温和冷却,使结构产生焊接残余应力和残余变形,影响结构的承载力、刚度和使用性能;焊接可能出现气孔、咬边、根部收缩、街接头不良等影响结构疲劳强度的缺陷。
焊缝的连接方式:焊缝连接中按焊体钢材的连接方式可分为对接接头、搭接接头、t行接头、角接接头等形式。在对接接头中,如果左右被连接刚才截面完全相同,通常成为拼接。整个构件,也常因运输或吊装条件的限制,需要在车间内分段制造,运到工地后在现场或高空位置再拼接成为整体。

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2. 研究的基本内容与方案

钢管结构在桥梁建设中得到了广泛应用。钢管拱桥中多采用主支管直接相贯焊接的节点构造形式。对焊接管结构而言,节点是关键部位,也是整个结构的薄弱环节。一般情况下,管节点在焊接部位不可避免地存在着结构的不连续加工和焊接缺陷。由于焊接质量问题,可能产生开裂、脱落、锈蚀。在焊接缺陷及局部应力集中处均易诱发疲劳裂缝。在应力及腐蚀介质的共同作用下,裂缝会迅速发展,如不及时将危及桥梁安全。在支主管连接的相贯线处,由于焊接残余应力和应力集中现象的存在,在交变载荷作用下,接头高应力区的危险点很容易产生疲劳破坏。随着疲劳裂纹的不断扩展,最后导致整个构件承载能力丧失,从而影响结构的服役安全性和耐久性。管节点除了发生疲劳断裂破坏外,还易发生 冲剪破坏、塑性变形、脆性断裂破坏。因此,管节点的安全性、可靠性对钢管拱桥结构的设计使用寿命影响至关重要。本文介绍钢管拱桥中管节点处焊接裂纹形成的原因以及修复裂纹的有效措施。

管节点结构特点 :钢管拱桥中,管节点是由几个主支管交 汇而成的三维空间薄壁结构,应力分布十分复杂。其中节点是连接各个杆件的关键部位,也是最薄弱的环节,因为节点的破坏往往导致与之相连若干杆件的失效,从而使整个结构破坏。根据各节点支管 在每个载荷工况下具体的载荷形式,节点可分为 k、t或y形等类。管节点具有下列特点: 结构刚度大。管节点处弦管与支管的壁厚较大。弦管与支管所用材料强度高。由以上管节点的结构特点可知,管节点焊接难度大,焊接质量难保证,特别容易形成焊接裂纹。

为具体研究钢桥焊缝节点损伤,运用ansys软件建立桥梁整体有限元模型,进行恒载及活载作用下的整体分析,然后,对关键节点部位的模型进行分析,为该桥疲劳失效维修与加固提供理论依据。

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3. 研究计划与安排


1 前三周:阅读文献,翻译文章,撰写开题报告;

2 第六周前:完成主要计算理论

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] c. miki, t. hanji and k. tokunaga, "weld repair for fatigue-cracked joints in steel bridges by applying low temperature transformation welding wire," welding in the world, vol. 56, (3), pp. 40-50, 2012.

[2] j. li and h. hao, "health monitoring of joint conditions in steel truss bridges with relative displacement sensors," measurement, vol. 88, pp. 360-371, 2016.

[3] x. xie et al, "damage characteristics of thin-walled steel arch bridges subjected to in-plane earthquake action," journal of constructional steel research, vol. 151, pp. 70-82, 2018.

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