【摘 要】
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随着我国森林资源逐渐恢复,木结构桥梁的应用也日益广泛。为了确保现代木结构桥梁在正常服役过程中其安全、强度、刚度能满足设计要求,研究胶合木梁的疲劳性能尤为重要。本文主要研究胶合木梁多级变幅疲劳性能,并针对其疲劳寿命预测、刚度退化方面建立理论模型。本文研究工作和成果如下:(1)胶合木梁疲劳累积损伤最先从受压侧展开,随着受压侧塑性区高度的增加,胶合木梁的受区截面高度减小,抗弯极限承载力降低,直至不能承受
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“国产速生树种落叶松胶合木梁疲劳性能研究”(51578554); 湖南省教育厅科学研究项目“现代木-混凝土组合结构构件共同工作性能试验研究”(17C1654);
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随着我国森林资源逐渐恢复,木结构桥梁的应用也日益广泛。为了确保现代木结构桥梁在正常服役过程中其安全、强度、刚度能满足设计要求,研究胶合木梁的疲劳性能尤为重要。本文主要研究胶合木梁多级变幅疲劳性能,并针对其疲劳寿命预测、刚度退化方面建立理论模型。本文研究工作和成果如下:(1)胶合木梁疲劳累积损伤最先从受压侧展开,随着受压侧塑性区高度的增加,胶合木梁的受区截面高度减小,抗弯极限承载力降低,直至不能承受疲劳荷载而发生疲劳断裂。随着应力水平和应力幅值的增加,试验梁的强度和刚度也随之下降。因此无论是二级变幅或多级变幅,应力水平和应力幅由低到高加载时,往往实际寿命会大于预测寿命;反之,应力水平和应力幅由高到低加载时,实际寿命会小于预测寿命。(2)基于疲劳累计损伤准则,用Miner理论、修正Miner理论、Corten-Dolan理论分别对胶合木梁疲劳寿命进行预测。通过对比分析,修正Miner理论的疲劳寿命估算值NMHL估算精度最高。而且寿命估算值NMHL与试验值接近且基本上小于试验值。因此建议在实际工程运用中使用修正Miner理论进行相关构件的疲劳寿命预测。(3)利用挠曲线方程计算胶合木梁刚度,以刚度退化表征的损伤变量来建立刚度退化理论模型。胶合木梁刚度退化规律整体呈“S”型,并可分为三个退化阶段:起始阶段、适应阶段、破坏阶段。通过MATLAB对试验梁的刚度退化进行了非线性曲线拟合,并建立了胶合木梁的刚度退化计算公式。(4)运用ANSYS建立胶合木梁有限元模型,分别对静力、疲劳性能进行有限元分析。基于Corten-Dolan理论,推导出了等效等幅疲劳应力幅值法,采用该方法将多级变幅疲劳试验的载荷谱简化为等效等幅应力幅值。将等效应力幅值代入模型中得到有限元模拟寿命,并与Miner准则计算寿命、实际试验寿命作对比分析。通过对比发现,运用等效应力幅值法的有限元分析具备了较高的模拟精度,这使得有限元模型进行结构寿命评估更为可靠,更适用于工程应用。
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