桥梁钢结构论文范文参考关于桥梁钢结构的优秀论文范文【10篇】

桥梁钢结构论文范文参考关于桥梁钢结构的优秀论文范文【10篇】 论文第一部分根据芜湖长江大桥和青藏铁路结合梁设计需要,进行钢结构疲劳和断裂性能试验研究.通过大尺寸试样疲劳试验模拟44mm 钢板对接、整体节点、精密焰切工艺等12 种焊接构造细节,得到疲劳裂纹敏感部位和试验方程,所得疲劳抗力更新了规范,结论对芜湖长江大桥安全设计起到指导作用,研究成果纳入铁路桥梁钢结构设计规范TB 10002.2-99,进行24mm 板厚的14MnNbq 钢及其焊接在-50的疲劳裂纹扩展速率试验及其它低温试验.得出疲劳裂纹中速扩展区Paris 公式材料常数C 值比常温低、指数m 值比常温大,疲劳裂纹门槛值K th提高,-50时材料的疲劳S-N 曲线在常温的上侧、斜率略缓的结论.确定了在青藏地区使用焊接钢混结合梁的方案.进行常用桥梁钢14MnNbq 和16Mnq 钢各种板厚的母材、焊缝、熔合线的直三点弯曲试样CTOD系列温度试验,得到反映随温度变化规律的CTOD 临界值c计算公式.提出处理复杂试验数据的“个性化因素剔除”方法.筹建了进行上述试验的专用设备,为今后进行相关课题研究打下基础,进行与CTOD 试验对应试样的夏比V 型缺口系列温度冲击试验,得到冲击韧性通用计算公式.以上成果为制订铁路钢桥疲劳设计和防断标准提供了丰富可靠的试验数据. 随着公路和铁路建设的迅猛发展,钢结构桥梁向大跨度、大节段、结构新颖美观方向发展,焊接结构呈现大型化、厚壁化的发展趋势,这就迫使工程人员采用高强度钢材和厚钢板.众所周知,母材和焊接接头的韧性不足,是焊接结构破坏的主要原因.厚钢板的大量采用会产生了一个与强度、刚度和稳定性同等重要的问题厚钢板及其焊接接头的韧性控制.因此,准确评定厚钢板母材的韧性对于大型钢结构的防裂防断,确保其安全性,十分重要.本文采用数值模拟仿真与试验研究相结合的方法研究了桥梁用钢Q420qE和Q370qE的断裂韧性问题,主要研究内容和结论如下： (1)针对东莞东江大桥设计要求,对主要桥梁用钢Q420qE和Q370qE力学性质进行了试验研究.选取两种主要桥梁结构钢材Q420qE和Q370qE以及焊接接头进行了常温力学性质的测试.获得了钢材Q420qE和Q370qE的拉伸曲线,测定了各种力学指标：屈服强度、极限强度、截面收缩率等参数. (2)分别对各组CTOD试件进行了疲劳裂纹预制试验,在试验过程中,首先采用较大的恒幅疲劳载荷预制裂纹,然后采用较小的恒幅疲劳载荷对试件完成剩余裂纹预制工作,通过这种方法可以制得裂纹根部半径为零的疲劳裂纹,并且保证裂纹尖端不产生钝化,同时节约了大量的预制疲劳裂纹时间.在整个试验过程中,由疲劳试验机的控制微机记录了恒幅疲劳载荷的大小、加载时间、次数、频率等数据. (3)分别对桥梁钢试件常温和低温下断裂韧度进行了试验研究.试验研究了不同厚度两种桥梁用钢Q420qE和Q370qE厚板试件同温度下的断裂行为,获得了含裂纹试件的P-V曲线,并对断口进行了测量,根据结果计算出桥梁用钢试件在不同温度下的裂纹尖端张开位移值.并且对试验结果进行了分析,讨论了板厚和温度对桥梁用钢Q420qE和Q370qE厚板试件CTOD断裂韧性的影响规律.断裂韧度CTOD试验结果表明：Q370qE母材、焊缝以及Q420qE母材、焊缝、热影响区试件的断裂韧性测试CTOD试验值受温度影响很大,在温度降低时,焊缝的断裂韧性下降急剧；而Q370qE热影响区断裂韧度受温度影响不明显；同时,试件的CTOD值跟板厚关系密切. (4)基于线弹性断裂力学的基本理论,运用疲劳分析软件对CTOD试件进行裂纹扩展分析,考虑到裂纹尖端处的应力奇异性,在利用有限元方法计算穿透裂纹的应力强度因子时,裂尖区域选用了20结点三维等参奇异单元,可以保证结果的收敛性.通过数值模拟,本文建立了不同尺寸材料的试件裂纹长度与循环次数关系曲线.通过仿真值与试验值对比表明选用以线弹性断裂力学为基础的软件计算桥梁钢试件疲劳预制裂纹过程的正确性. (5)对金属材料断裂韧性测试中运用的数值仿真方法的基本理论进行了总结和分析,在采用有限元软件ANSYS和LS-DYNA对CTOD试件的断裂韧性计算结果与试验相比较的基础上,证明了ANSYS和LS-DYNA对桥梁用钢的断裂韧性试验的三维数值模拟问题的有效性和可行性.通过计算仿真工作发现选用显式积分法软件LS-DYNA处理准静态断裂破坏问题比隐式通用软件ANSYS具有更高的精度和可靠性,并且计算过程中,在保证计算精度的前提下,可以通过适当的提高加载速度来缩短计算时间.同时本文研究了仿真计算模拟下的网格尺寸的选取和精度、计算时间控制的问题,通过研究结果,得出了桥梁用钢断裂韧性CTOD试验三维数值模拟计算的网格划分尺度,有效的解决了利用有限元软件LS-DYNA在金属材料韧性计算研究上时间与精度上的优化. (6)通过参考国内外CTOD韧性测试规范和重要文献,根据桥梁安全级别、重要性和服役温度,对桥梁用钢厚板CTOD允许值进行了探讨,并对重大工程东江桥厚板焊接接头断裂韧度作出评估.同时断裂韧度CTOD推荐值可以为其他厚板结构以及焊接接头的断裂韧度评判提供参考. 高性能钢是一种综合优化了材料力学性能,便于加工制造,可用于低温和腐蚀环境,具备较高性价比的桥梁结构用钢.它不仅保持了较高的强度,而且在材料的耐候性能、可焊性和抗脆断性能等方面都比传统的钢材有明显的提高和改善.高性能钢在相当程度上代表着钢桥用材的发展方向. 本文针对国产新型500MP*高性能钢(Q500qE)的力学性能进行了系统和全面的试验研究,力图解决高性能钢在大跨度铁路桥梁工程中推广使用所面临的技术问题. 通过对500MP*高性能桥梁钢(Q500qE)的材料和板状试样的拉伸和低应力循环、低温冲击、疲劳裂纹扩展、断裂韧性(CTOD)、铁路钢桥典型构造细节疲劳、宽板拉伸和全尺寸模型梁的静载试验和有限元分析计算等力学性能试验和研究,得到如下研究结论:材料的屈强比与其塑性、疲劳裂纹扩展速率、低应力循环性能和断裂韧性(CTOD)关系不大,Q500qE母材虽然屈强比不同,但其延伸率都在20%以上,具有良好的塑性和较好的止裂能力以及对应力集中的再分配能力.另外,Q500qE高性能桥梁钢母材韧脆转变温度比Q370qE和Q345qD桥梁钢大大降低,具有良好的低温冲击韧性,焊缝金属韧脆转变温度与Q370qE桥梁钢焊缝相当.随着温度的降低,44mm以下板厚Q500qE母材的断裂韧性(CTOD)变化不大,但60mm板厚Q500qE母材的断裂韧性(CTOD)在温度降至-40以下后,有较大幅度的降低.各种板厚的Q500qE焊缝的断裂韧性(CTOD)都比母材低.本文提出了结合BS7910:xx对桥梁钢断裂韧性(CTOD)值进行评判,这个评定方法为运用断裂韧性(CTOD)试验评定桥梁钢及其焊接接头的断裂韧性提供了依据.铁路钢桥5种典型构造细节的疲劳试验表明,Q500qE高性能钢与目前普遍使用的Q370qE桥梁钢对比,其典型构造细节的疲劳强度都略有提高,Q500qE高性能钢的疲劳性能能够满足铁路钢桥的要求.由于强度的提高和晶粒细化,Q500qE高性能钢母材的断裂韧性Kc普遍要好于Q370qE和Q345qD桥梁钢,也高于Q500qE高性能钢焊缝.低温下Q500qE焊缝的断裂韧性Kc下降明显,但总体上,Q500qE钢板焊缝的防断性能与Q370qE钢焊缝基本相当.虽然Q500qE具有较高的屈强比,但在实际构件中与Q345qD一样,可以形成塑性铰,在同样的构件截面特性下,Q500qE比Q345qD有更好的挠度变形的恢复能力.Q500qE高性能钢按照500MPa屈服强度进行设计,其强度安全储备和变形储备能够达到铁路钢桥正常的使用要求. 总之,屈强比0.86以下的Q500qE高性能钢在防断、疲劳和安全性方面基本满足铁路钢桥的要求,可以应用于铁路钢桥的建设. 论文有以下创新点:首次利用材料、全厚度板材和全尺寸模型梁对高性能钢材屈强比和塑性指标进行全面的试验研究,解决了Q500qE高性能钢在铁路钢桥上应用的安全性问题.针对断裂韧性(CTOD)值的评定问题,本文提出将CTOD试样的单边疲劳预制裂纹作为缺陷,结合BS 7910:xx金属结构缺陷可接受性评定方法指南的失效评定曲线FAD和标准中的2B级评定方法,对桥梁钢的CTOD值进行评定.这个评定方法为运用断裂韧性(CTOD)试验评定桥梁钢及其焊接接头的断裂韧性提供了依据.在宽板拉伸试验中,首次研制和开发了由EVA板、自动环境温度控制系统、自动液氮灌注系统和试样表面温度传感器相结合的低温环境箱.相比现有的同类宽板拉伸试验低温环境装置,试验温度控制更加精确,自动化程度更高. 与传统桥梁用钢相比,高性能钢（HPS）在强度、可焊性、断裂韧性和耐候性等方面都有很大的改善,这些优越的材料特性实现了高性能钢桥的经济高效和低碳环保,是一种新型桥梁结构用钢.迄今为止,诸多发达国家不仅重视高性能钢材的研发,而且致力于高性能钢桥的研究与工程建设.这些使用中的高性能钢桥体现了良好的结构性能和全寿命经济性.目前,我国已致力于高性能钢的研发,并研发出多种高性能桥梁用钢产品,但名义屈服强度超过420MPa以上的高性能钢材尚未纳入我国的公路钢桥设计规范.为了推动高性能钢桥设计规范的建立,推广高性能钢桥在我国的安全建设,本文以我国国产高性能钢HPS485W（名义屈服强度为485MPa）为研究对象,以钢桥的三种典型失效形态（屈服、疲劳断裂和失稳）为切入点,从防断裂设计、抗疲劳设计、加工制造工艺、结构的强度设计和稳定设计等方面对高性能钢桥展开研究： （1）从防断裂设计角度,对HPS485W展开系列断裂韧性试验研究,包括夏比冲击韧性（CVN）试验、延性断裂韧度（JIC）试验、裂纹尖端张开位移（CTOD）试验,为高性能钢桥的安全评定和防断裂设计提供了试验依据.试验结果表明HPS485W具有较高的断裂韧性,HPS485W的韧脆转变温度较传统桥梁钢Q345更低,可应用于严寒地区的结构物,HPS485W的母材断裂韧性（CTOD）属于BS7910金属结构缺陷可接受性评定方法指南失效评定曲线的合格范围. （2）从高性能钢桥的抗疲劳设计与寿命预测角度,对HPS485W母材及典型焊接接头分别展开抗疲劳性能试验研究.对7.5mm、12.5mm和19.5mm的HPS485W母材分别在应力比R等于0.1、0.5和0.8的疲劳荷载下进行疲劳裂纹扩展速率（da/dN）试验,并测定了19.5mm厚高性能钢试样的门槛值,采用Paris公式确定了HPS485W的疲劳裂纹扩展速率,研究结果表明高性能钢母材具有更优越的耐受疲劳裂纹扩展能力；对桥梁结构中典型的焊接接头展开疲劳试验研究,探讨高性能钢HPS485W焊接构件的高周疲劳损伤破坏过程及其特征,确定了HPS485W对接焊接头的疲劳等级. （3）在高性能钢桥的制造工艺方面,开展高性能钢焊接工艺评定的系列试验研究,包括焊缝X射线探伤、对接接头拉伸试验、对接焊缝侧弯试验、T型接头抗弯试验、对接焊缝及热影响区的冲击韧性试验,评估了高性能钢的焊缝质量,确定了焊接工艺,为高性能钢桥的制造提供参考. （4）从试验验证、数值计算和理论分析三方面进行高性能钢梁的抗弯性能研究.完成了12片高性能钢简支工字钢梁的抗弯试验研究,分析了试验梁的抗弯承载力、弹塑性变形、试验梁失效模式和局部屈曲位置,获得了高性能钢抗弯钢梁的弹塑性受力特征；采用有限元程序ANSYS,考虑材料本构关系、侧向约束条件、残余应力、网格密度、初始几何缺陷等因素的影响,建立能够有效模拟试验梁抗弯过程和破坏形态的有限元模型,通过参数分析提出高性能钢梁的设计建议；对高性能钢梁进行翼缘和腹板的局部屈曲分析及整体侧倾失稳分析,提出高性能钢梁的强度设计指标和变形控制指标,提出高性能钢梁的截面设计限值公式与侧向约束设计建议. （5）对高性能钢工字钢梁的腹板抗剪性能进行了理论研究、有限元参数分析及初步的试验研究,分析了高性能钢梁的抗剪承载能力计算方法,明确了关键参数对高性能钢梁腹板剪切屈曲和抗剪极限承载能力的影响规律,提出高性能钢梁抗剪设计的设计建议. （6）基于本文研究成果,归纳提出高性能钢桥的设计指南与设计建议.在相同的工程背景,提出高性能钢板梁桥与普通钢板梁桥的方案设计,总结高性能钢板梁桥的工程优越性,为高性能钢桥的建设提供工程参考. 目前,各国规范普遍采用基于S-N曲线的名义应力法对钢桥细节进行疲劳评估,而这种方法往往依赖于构造细节的疲劳类别和荷载历史.当面对新型连接和节点或采用新型钢材的构造时,通常需要开展疲劳试验,但试验费用昂贵且结果往往缺乏普遍适用性.针对这一现状,本文基于断裂力学理论,开展了对钢桥疲劳问题的研究,主要的研究工作和成果如下:(1)在三种应力比条件下,完成了三种厚度、共计54个Q345qD钢紧凑拉伸试样及10.0mm厚、共计18个WNQ570钢紧凑拉伸试样的疲劳裂纹扩展速率试验.分别采用成组数据法和单试件数据法,提出了Q345qD和WNQ570母材及焊缝的基于Paris公式的疲劳裂纹扩展速率参数标准值,给出了开展疲劳评估时参数的选用建议,为相关工程的疲劳评估提供