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波紋鋼腹板組合箱梁疲勞性能研究
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資料類別
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化工建筑畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） |
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課程(專業(yè))
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結(jié)構(gòu)工程 |
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關(guān)鍵詞
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損傷|裂紋 |
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適用年級(jí)
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研究生 |
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身份要求
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游客 |
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金 幣
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0 �。�金幣如何獲得？） |
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文件格式
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pdf |
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文件大小
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7489K |
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發(fā)布時(shí)間
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2017-12-17 09:43:00 |
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| 發(fā)布人 |
kj008 |
內(nèi)容簡(jiǎn)介：
波紋鋼腹板組合箱梁疲勞性能研究，碩士學(xué)位論文，共119頁(yè)。
摘要：波紋鋼腹板組合箱梁是一種新型的鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)，它以波紋鋼腹板取代傳統(tǒng)的混凝土腹板，大大減輕了結(jié)構(gòu)自重，充分利用了混凝土和波紋鋼腹板的材料特性，能夠有效地實(shí)現(xiàn)主梁的輕型化。為研究波紋鋼腹板組合箱梁疲勞性能，本文對(duì)其進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和簡(jiǎn)單的理論分析。
首先介紹波紋鋼腹板組合箱梁的發(fā)展歷程、構(gòu)造特征和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)歸納了其國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀一覽表，在此基礎(chǔ)上提出本文的研究問(wèn)題、思路和內(nèi)容。
然后設(shè)計(jì)制作了兩根波紋鋼腹板組合箱梁試件進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，重點(diǎn)描述了整個(gè)試驗(yàn)中的裂紋萌生、擴(kuò)展過(guò)程，由此說(shuō)明波紋鋼腹板組合箱梁的疲勞損傷破壞過(guò)程；分析試驗(yàn)荷載、撓度、應(yīng)變結(jié)果，繪成經(jīng)歷不同循環(huán)加載周次的荷載—撓度、荷載—應(yīng)變曲線，通過(guò)對(duì)比得到波紋鋼腹板組合箱梁在疲勞荷載作用下表現(xiàn)出的疲勞性能。
接著通過(guò)ABAQUS 有限元分析獲得波紋鋼腹板組合箱梁的靜力位移、應(yīng)力、應(yīng)變結(jié)果，基于此借助MSC.Fatigue 進(jìn)行局部應(yīng)力應(yīng)變疲勞分析，發(fā)現(xiàn)裂紋萌生位置和壽命與疲勞試驗(yàn)結(jié)果基本一致。
最后援引傳統(tǒng)疲勞、疲勞損傷、疲勞斷裂理論，結(jié)合疲勞試驗(yàn)和數(shù)值分析結(jié)果，對(duì)波紋鋼腹板組合箱梁疲勞性能作了簡(jiǎn)單分析。
由疲勞試驗(yàn)、數(shù)值模擬、理論分析，本文得出以下主要結(jié)論：
（1）未施加預(yù)應(yīng)力和設(shè)置端橫隔板的試驗(yàn)波紋鋼腹板組合箱梁于混凝土底板上最早出現(xiàn)裂縫，除端部裂縫外，側(cè)面和底面裂縫于1.8~2 萬(wàn)次間開(kāi)始出現(xiàn)，直至5~6 萬(wàn)次陸陸續(xù)續(xù)生發(fā)多條，而后幾十萬(wàn)次乃至上百萬(wàn)次加載循環(huán)期間，裂縫條數(shù)增加較少，既有混凝土裂縫在反復(fù)張合中延伸、匯合、密集。
（2）波紋鋼腹板上唯一的一條裂縫出現(xiàn)在混凝土底板裂縫發(fā)展交匯、密集、縱深之后，約165 萬(wàn)次（XL2）、150 萬(wàn)次（XL3）循環(huán)加載時(shí)，位于跨中靠近加載點(diǎn)的位置，且處于波紋鋼腹板平板段，由鋼板翼緣而起，上延至斜板段（XL2）或平板段與斜板段倒角過(guò)渡處直向上延（XL3）。這一現(xiàn)象揭示了波紋鋼腹板組合箱梁結(jié)構(gòu)中波紋鋼腹板與混凝土底板的相互作用機(jī)理：混凝土底板被嚴(yán)重拉裂，波紋鋼腹與混凝土底板產(chǎn)生縱向滑移，使混凝土銷與PBL 剪力連接件相互作用、錯(cuò)動(dòng)，并將此力傳遞給波紋鋼腹板，歷經(jīng)一定加載循環(huán)，依次剪壞了混凝土銷，切斷了PBL 剪力連接件，拉裂了鋼板翼緣，撕開(kāi)了波紋鋼腹板，從而波紋鋼腹板上出現(xiàn)由底往上伸展的豎向裂紋。
（3）波紋鋼腹板組合箱梁在反復(fù)循環(huán)荷載作用過(guò)程中基本一直沿著初始靜載荷載—撓度曲線卸載路徑不斷來(lái)回往復(fù)，剛度并沒(méi)有明顯退化，表明波紋鋼腹板組合箱梁較好疲勞耐久性；試件XL3 在150 萬(wàn)次波紋鋼板上出現(xiàn)裂縫之后，直至停止疲勞試驗(yàn)時(shí)已反復(fù)循環(huán)加載600 萬(wàn)次，終未出現(xiàn)整體突然的脆斷垮落或完全失效，表明波紋鋼組合箱梁發(fā)生疲勞破壞后仍能承受較高周次的循環(huán)載荷，表現(xiàn)出良好的抗疲勞性能。
（4）基于ABAQUS 有限元分析結(jié)果的MSC.Fatigue 局部應(yīng)力應(yīng)變疲勞分析得到疲勞壽命云圖，表明10-100kN 正弦波荷載譜作用下，波紋鋼腹板組合箱梁試件XL3 上波紋鋼腹板、PBL 剪力連接件、鋼板翼緣單元中疲勞裂紋萌生壽命最短的為145 萬(wàn)次循環(huán)載荷，且位于加載點(diǎn)3/8L0 對(duì)應(yīng)影響區(qū)域，與疲勞試驗(yàn)中150 萬(wàn)次循環(huán)左右觀測(cè)到的鋼板裂縫萌生位置相符。
（ 5 ） 波紋鋼腹板組合箱梁中波紋鋼腹板S-N 曲線介于美國(guó)規(guī)范AASHTO2004 分類標(biāo)準(zhǔn)中的B’類和C 類之間，建議按照C 類進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和疲勞壽命估算；采用Palmgren-Miner 線性累積損傷疲勞準(zhǔn)則，累計(jì)試件XL2 波紋鋼腹板、鋼板翼緣經(jīng)歷165 萬(wàn)次變幅循環(huán)時(shí)疲勞損傷因子，D=1.07，略大于1，已然發(fā)生疲勞斷裂，與疲勞試驗(yàn)結(jié)果相符，表明該準(zhǔn)則用于計(jì)算變幅疲勞載荷下波紋鋼腹板組合箱梁的疲勞損傷是有效的。
關(guān)鍵詞：波紋鋼腹板組合箱梁；疲勞；試驗(yàn)研究；損傷；裂紋；ABAQUS；MSC.Fatigue
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