鋼管混凝土桁式拱橋拱肋節點疲勞壽命研究

《鋼管混凝土桁式拱橋拱肋節點疲勞壽命研究》是依託福州大學，由陳康明擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鋼管混凝土桁式拱橋拱肋節點疲勞壽命研究
• 依託單位：福州大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳康明

項目摘要

鋼管混凝土桁式拱橋在橋樑工程中具有良好的套用前景，其拱肋節點多為相貫K型節點。在鋼管混凝土桁式拱橋拱肋節點疲勞設計方面，國內規範均僅對弦管和腹桿間的連線節點構造形式進行了說明，未有具體的疲勞驗算條文。隨著鋼管混凝土桁式拱橋的大量使用，鋼管混凝土拱肋節點的疲勞壽命已成為鋼管混凝土拱結構設計中一個重要的課題。本項目採用模型試驗與數值分析相結合的研究方法，擬製作24個鋼管混凝土K型拱肋節點和4個空鋼管K型節點進行靜力試驗和疲勞試驗研究，數值分析部分採用通用有限元軟體MSC.MARC進行分析。通過試驗及數值分析研究擬揭示鋼管混凝土K型拱肋節點相貫線處弦管和腹桿的應力分布、應力集中係數及熱點應力；研究鋼管混凝土管節點裂紋的產生、發展規律；提出反覆荷載下的S-N曲線和疲勞壽命計算方法。並通過有限元參數分析，得到鋼管混凝土T型、Y型及N型拱肋節點的S-N曲線和疲勞壽命計算方法。

結題摘要

鋼管混凝土拱橋在橋樑工程中還具有良好的套用前景，但鋼管混凝土拱橋出現至今僅27年，目前已有部分此類橋樑出現了節點疲勞開裂問題。因此，本項目針對鋼管K型節點和鋼管混凝土K型節點進行足尺模型試驗和有限元參數分析，研究兩種K型節點的應力集中係數和S-N曲線，研究結果可為完善我國鋼管混凝土拱橋設計規範提供參考。本項目的主要工作和研究結論有： （1）鋼管K型節點和鋼管混凝土K型節點足尺模型靜力試驗與有限元分析結果表明：兩種K型節點熱點應力位置均出現於主管和受拉支管相貫焊縫靠近主管側的冠點處。相對於鋼管K型節點，主管內充填混凝土，最大應力集中係數可減小30%。 （2）鋼管K型節點和鋼管混凝土K型節點足尺模型疲勞試驗結果表明：兩種K型節點的疲勞裂紋均屬於張開型I裂紋，且疲勞裂紋萌生於熱點應力最大主管和受拉支管相貫焊縫靠近主管側的冠點處。相對於鋼管K型節點，主管內充填混凝土，疲勞壽命可提高50%以上。 （3）採用MSC.MARC有限元軟體進行了鋼管K型節點和鋼管混凝土K型節點的有限元參數分析，分析結果表明：兩種K型節點相貫焊縫應力集中係數均隨幾何參數主管徑厚比、支管與主管壁厚比和支管與主管軸線間夾角增大而增大，而隨幾何參數支管與主管管徑比的增大而減小。 （4）根據試驗結果和有限元參數分析結果，分別建立了基於節點剛度的鋼管K型節點和鋼管混凝土K型節點的應力集中係數計算公式。 （5）基於現有鋼管K型節點疲勞設計S-N曲線，結合鋼管K型節點和鋼管混凝土K型節點疲勞性能試驗結果，通過修正現有鋼管K型節點疲勞設計S-N曲線得到了適用於橋樑結構中使用的兩種節點的疲勞設計S-N曲線。