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钢便桥抗疲劳设计(附件)

2021-05-05 20:37编辑: www.51jrft.com51今日论文网
桥梁是公路交通网络的咽喉,在大规模自然灾害破坏时易毁难修,因而严重制约着抢险救灾应急救援行动进程。基于以上事实,各国对于公路桥梁抢修抢建研究投入大量的时间和财力,我国从五十年代起便展开针了战时公路桥梁抢修抢建技术的研究。几十年来发展出多种型号的装配式公路钢便桥和军用机械化桥梁装备,这些制式装备器材在历年的应急应战行动中扮演了重要作用。本课题将就钢便桥抗疲劳能力方面展开研究,力求使钢便桥疲劳性能有所提高,提高钢便桥的性能。抗疲劳设计的目的是确保在一定的可靠使用水平下整个设计寿命内的结构承载能力,承受车辆荷载的桥梁可能会因疲劳而遭到破坏 ,因此为了出色完成可能面对的各种应急任务这就要求在设计中必须对抗疲劳能力加以验算。本设计采用CATIA软件对钢便桥进行三维模型的设计与建立,随后采用ANSYS软件对钢便桥模型进行有限元分析,分析所建立模型的抗疲劳性能是否有所优化提高,符合设计的任务要求。关键词 钢便桥,抗疲劳设计,疲劳分析
目录
1 引言 1
1.1课题研究背景 1
1.2国内外研究现状 1
2钢便桥模型构建 2
2.1设计依据 3
2.2钢便桥结构形式概述 4
2.3钢便桥结构基本尺寸参数 4
2.4钢便桥拟定设计载荷 5
2.5钢便桥荷载计算 5
2.6结构受力验算 6
2.7钢便桥三维模型构建 11
3钢便桥ANSYS力学分析 16
3.1有限元模型的导入 16
3.2钢便桥有限元力学分析 16
3.3本章小结 21
4钢便桥抗疲劳设计 21
4.1疲劳损伤机理 21
4.2钢桥焊接接头疲劳性能 22
4.3焊接类别的选择 22
4.4焊接方法的选择 22
4.5改善焊接结构疲劳强度 23
4.6钢便桥抗疲劳设计 23
4.7钢便桥改进三维模型构建 26
4.8钢便桥改进后有限元分析及前后对比 27
结论 33
致谢 34
参考文献 35
1 引言
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1.1课题研究背景
钢便桥是指临时架设的简便的桥。在我国于20世纪60年代开始定型生产,具有结构简单、运输快捷、便于架设、载重量大、适应性较强的特点,广泛应用于国防战备、交通工程,是我国应用最为广泛的组装式承重构件。由于具有以上要素。[1]钢便桥一般具备结构简单、造价低的优点,但设计时应安全、牢固为设计要求以满足工程施工和运输的任务需要。因此本文主要研究钢便桥抗疲劳能力方面的相关设计,希望通过对钢便桥结构的优化设计和钢便桥材料的合理选择来提高钢便桥的抗疲劳能力,此外由于钢便桥也需要满足快速安装,便于运输,经济性的要求特点,这就要求在设计时也需要适当考虑与兼顾设计以满足钢便桥实用性的要求,制定出合理的优化设计方案。[2]
1.2国内外研究现状
在钢便桥设计和抗疲劳能力优化的研究领域,国内外学者都已进行了深入的研究。研究内容不仅包含了钢便桥结构优化、运输便捷、架设快速、载重量大、适应性较强等方面,而且考虑到了钢便桥抗疲劳能力的影响,优化目标也由单目标发展到多目标优化,致力于提高钢便桥的安全可靠,快速便捷的能力,更出色完成各种条件下的运输任务。
2008年5月12日,四川汶川发生8.0级地震,毁损桥梁3053座,为了抢救生命线,保障部队快速通行与物资输送,维持交通通畅,国家发改委火速落实了钢桥800套,交通运输部紧急调运钢桥100套。由都江堰去往汶川的寿江公路大桥因地震山体移位造成桥面倾斜,车辆与救援机械无法正常通行,四川雅安民兵专业应急分队奉命迅速赶往事发地点,利用321公路装配式钢便桥对受损桥梁进行加固架设桥上桥,为抗震救灾物资及时送往灾区发挥了巨大的作用,最大程度的挽救保护了人名群众的财产安全。交通部公路规划设计院于20世纪60年代初期在原英制贝雷桥的基础上设计了一种可拆装式的“321”装配式公路钢桥(钢桥是由单销连接桁架单元作为桥跨结构主梁的下承式桥梁其结构简单适应性强+互换性好+拆装方便+架设速度较快,主要用于架设单跨临时性桥梁,并可用于抢修被破坏的桥梁。在汶川大地震灾难抢险中这种321公路装配式钢便桥扮演了关键角色,经受住了灾难的考验,为保护人民群众财产安全,支援灾区的交通运输做出了不可小觑的作用。[3]
捷克共和国布尔诺理工大学维尔斯特教授对钢便桥的疲劳性的相关文章在机械连接件的耐疲劳性的研究中涉及到钢便桥相关的疲劳试验方法,疲劳试验的目的是验证由于工作交通引起的实际载荷对应的加载作用的连接的行为,并导出耐疲劳性。众所周知,最不利的压力是交替的压力,当拉力和压力交替时。但是,在这些桥的结构的情况下,这种状态实际上不会发生。在这里,刚刚发生拉伸应力的变化,这是疲劳观点最不利的。由于这个事实,疲劳测试被集中到验证拉伸。在较低和弦中的效果。主桁架接头采用焊接连接和销钉连接的组合方式进行组装,从而实现可重复组装和拆卸。它们不是典型的细节,它们的相互作用和影响无法事先明确地确定或估计,因此决定对接头进行整体测试,以确定新开发推荐的整个接头的寿命和耐久性用于装配接头的结构细节类型。[5]
军事交通学院国防交通系李聚轩先生的公路应急钢便桥技术论证分析中,应急公路钢便桥结构复杂,技术综合程度高。涉及到多项技术运用。其中钢桁架梁技术、钢框架墩技术、钢桥面技术、木桥面技术、钢筋混凝土桥面技术属于成熟技术运用。其中H型钢组合梁技术H型钢墩技术、钢筋混凝土板基础技术在工民建结构中属于常用结构。由于其承载能力低、容易发生锈蚀等原因在桥梁结构中应用较少,属于改进开发。集装箱在结构上均按照包装运输产品设计,除了集装箱底板有一定承载能力要求外,侧面和顶端的承压能力不明确,难以满足桥梁工程设计需要,需要进一步改进优化设计。[7]
鉴于以上的研究现状和研究结论,本文在此基础上进行深入研究,优化设计钢便桥的结构,通过对钢便桥的结构的优化设计和桥梁构件的材料选择来提高钢便桥的抗疲劳能力,使钢便桥的结构合理化,有能力面对一定条件下的运输环境,完成运输任务。

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