鋼橋墩的超低周疲勞裂紋萌生壽命預(yù)測.pdf

1、近年來，世界范圍內(nèi)大地震頻發(fā)，對地震災(zāi)區(qū)的交通設(shè)施造成了巨大的破壞，尤其是橋墩的破壞。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土橋墩由于自重大、延性差等特點導(dǎo)致?lián)p毀嚴(yán)重，而鋼橋墩具有更高的強度和更好的抗震性能。另外，鋼橋墩具有質(zhì)量輕、占地面積少、施工工期短等優(yōu)勢，在日本等一些發(fā)達(dá)國家獲得廣泛應(yīng)用。地震中，鋼橋墩通過非彈性往復(fù)大變形來耗散地震能量，從而在橋墩與基礎(chǔ)連接處產(chǎn)生很大的塑性應(yīng)變，該應(yīng)變通常可以達(dá)到鋼板屈服應(yīng)變的數(shù)倍以上，并在較少的循環(huán)次數(shù)下產(chǎn)生超低周疲勞

2、破壞。因此，針對鋼橋墩超低周疲勞裂紋萌生壽命預(yù)測的研究具有很強的現(xiàn)實意義。
　　本文的研究對象為頂部施加恒定軸向力以及水平往復(fù)位移的鋼橋墩，使用有限元軟件ABAQUS對鋼橋墩進行三維彈塑性有限元分析計算，研究鋼橋墩超低周疲勞裂紋萌生壽命的最佳預(yù)測方法以及裂紋萌生壽命的影響因素。主要研究成果如下：
　?。?）基于試驗結(jié)果，對15個不同參數(shù)的鋼橋墩建立相應(yīng)的三維彈塑性有限元模型進行計算分析。通過模擬結(jié)果與試驗結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)在超

3、低周疲勞裂紋產(chǎn)生前兩者的水平荷載-水平位移滯回曲線吻合良好。
　?。?）在網(wǎng)格密度分別為2×2mm、1×1mm和0.5×0.5mm下，使用Ge模型中的局部損傷法和非局部損傷法對三種加載形式下的鋼橋墩進行裂紋萌生壽命預(yù)測。通過比較發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)格密度為2×2mm下的非局部損傷法適合于鋼橋墩的超低周疲勞裂紋萌生壽命預(yù)測。對于Q345系列鋼橋墩，通過 Ge模型中的非局部損傷法得到的疲勞裂紋萌生壽命預(yù)測值與試驗結(jié)果相比偏向于保守；而對于Q235

4、系列鋼橋墩，通過非局部損傷法得到的結(jié)果略微大于試驗值。
　?。?）對鋼橋墩靠近基礎(chǔ)的角部網(wǎng)格加密區(qū)域采用三維實體單元建模，在網(wǎng)格密度分別為2×2mm和1×1mm下，使用CVGM（循環(huán)空穴擴張模型）對三種水平往復(fù)位移荷載作用下的Q345系列鋼橋墩進行裂紋萌生壽命預(yù)測。通過比較發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)格密度為1×1mm條件下由CVGM模型得到的裂紋萌生壽命值更加可靠，Ge模型中的非局部損傷法最適合于對鋼橋墩超低周疲勞裂紋萌生壽命進行預(yù)測。
　　

5、（4）采用網(wǎng)格密度為2×2mm的非局部損傷法對72個鋼橋墩試件的超低周疲勞裂紋萌生壽命進行預(yù)測，另外對軸壓比的影響也做了一些研究。得出以下主要結(jié)論：(a)在翼緣寬厚比相同的情況下，隨著通用長細(xì)比的增大，裂紋萌生壽命基本保持不變。(b)當(dāng)試件通用長細(xì)比較小時，裂紋萌生壽命隨著翼緣寬厚比的增大而減??；當(dāng)試件通用長細(xì)比較大時，局部失穩(wěn)時的半周期數(shù)小于等于裂紋萌生壽命預(yù)測值。針對翼緣寬厚比對裂紋萌生壽命預(yù)測值的影響，本文通過參數(shù)化分析提出了預(yù)測