铁路钢桁梁斜拉桥双锚拉板式锚固结构疲劳性能研究

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钢桁梁斜拉桥作为一种组合体系桥梁,有效结合了钢桁梁和斜拉桥的优点,使其具有比梁桥更均匀的受力体系和更良好的经济指标。由于其出色的承载能力和跨越能力已成为大跨径桥梁的主要桥型,被广泛地应用在国内外跨江跨海的桥梁建设中。随着社会的发展,运输量和交通量的增大,桥梁所承受的荷载也随之增大,作为钢桁梁斜拉桥主要传力构件的索梁锚固结构,承受着极大的索力。双锚拉板式锚固结构受力集中、构造复杂,在相对较小的范围内板件多、焊缝多,这些特点使双锚拉板式锚固结构存在严重的应力集中现象,使得其发生疲劳破坏的概率显著增加。鉴于此,本文以某铁路双层四线钢桁梁斜拉桥为工程背景,通过编程和数值模拟的方法,对双锚拉板式锚固结构的静力行为和疲劳性能进行研究,得到了该锚固结构在主要板件参数变化下的应力分布特点以及疲劳特性规律,研究成果具有一定的理论价值和实际工程意义。本文主要研究内容及成果如下:(1)利用结构有限元分析软件Midas Civil对全桥进行分析计算,判断出全桥最不利的索梁锚固结构位置,并以该索梁锚固结构对应的斜拉索为对象,通过Python编程来计算其在各疲劳列车作用下的索力历程,进而得出了索力谱。(2)通过编程的方法,建立了各典型疲劳车模型,对比分析了各典型疲劳车在桥梁上行驶过程中对斜拉索索力幅的影响。结果表明:列车越长或最大轴重位置越分散,对索力幅的影响越小;反之,列车越短或最大轴重位置越集中,对索力幅的影响越大。(3)借助实体建模软件SOLIDWORKS创建了双锚拉板式锚固结构参数化实体模型,结合ABAQUS对各参数下的索梁锚固结构进行整体有限元分析,得出了该锚固结构在主要板件参数变化下的应力分布特征和规律。(4)通过专业疲劳分析软件Fe-safe,结合各参数下的索梁锚固结构有限元分析结果,对双锚拉板式锚固结构的疲劳性能进行研究,并得出了该锚固结构最容易发生疲劳破坏的位置,以及该位置疲劳强度因子随双锚拉板式锚固结构主要板件参数变化的规律。
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