工程承载能力公路运输论文提纲

论文题目：高速公路钢桥焊接残余应力数值计算及结构可靠性分析

摘要：高速公路作为主要的交通运输方式之一,具有快捷方便,适应能力强、普及程度高的优点,是经济动脉中不可缺少的重要部分。而高速公路桥梁是各条高速公路之间相互连接的重要节点。为了提高桥梁的结构强度,降低自身重量,高速公路桥梁普遍为钢结构桥梁。焊接是钢结构桥梁建造中最基本也是最常用的连接方式,焊接质量直接影响高速公路钢桥的承载能力和使用寿命。由于焊接过程伴随剧烈的温度变化,焊缝位置容易产生裂纹、凹坑等焊接缺陷,而且不可避免的产生焊接残余应力。随着高速公路桥梁服役年限的增长,桥梁的承载能力将会逐渐降低。同时,焊接导致的残余应力与钢桥整体受到的外载相互耦合,对钢桥整体结构可靠性造成影响。本文以某高速公路钢桥为研究对象,借助有限元计算钢桥整体结构应力分布状态,对焊接过程进行了数值模拟,运用可靠性分析方法,分析了钢桥在考虑焊接残余应力时的结构可靠性,为钢桥定期检修提供理论依据。本文主要研究内容如下:（1）根据工程概况在三维绘图软件中创建三维模型,同时将桥梁结构简化,依据现行钢桥设计手册对钢桥所受作用进行分析,计算得出钢桥所受自身重量及车道载荷,在有限元软件中进行分析,对钢桥次外侧主梁定义路径,提取应力值,与桥梁钢强度进行比较。（2）利用有限元软件ANSYS,创建对接焊缝模型,定义了钢板母材在不同温度下的力学性能以及焊接参数,借助APDL语言,运用生死单元完成了对接焊缝的数值模拟,同时得到了焊接过程中热源中心及附近的等值线分布图;改变单元类型,将分析结束的温度作为载荷重新施加到焊缝位置,计算完成后得到焊接残余应力状态分布。（3）通过应力-强度干涉理论将极限条件下的应力值和焊接残余应力相耦合,结合钢桥结构材料进行分析,得到不同可靠度下,有、无残余应力和残余应力松弛时,不同可靠度下钢桥结构的安全系数,分析焊接残余应力对钢桥结构的影响。（4）基于Goodman疲劳曲线,引用赣江大桥和上海外白渡桥实测应力谱,考虑焊接残余应力,对该焊接钢桥进行结构疲劳分析。将钢桥主梁不同位置应力值与Goodman疲劳曲线进行比较,保守估计钢桥是否满足无限寿命设计要求。

关键词：高速公路钢桥;焊接残余应力;结构可靠度;有限元分析;结构疲劳

学科专业：机械设计及理论

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状及发展动态

1.2.1 钢桥结构设计规范发展及现状

1.2.2 焊接残余应力模拟发展及现状

1.3 本文研究的主要内容

第二章 高速公路钢桥结构分析

2.1 工程概况

2.2 模型建立

2.2.1 ANSYS建模

2.2.2 单元类型

2.2.3 材料参数

2.2.4 网格划分

2.3 作用分类和基本组合

2.3.1 作用分类

2.3.2 基本组合

2.3.3 永久作用

2.3.4 可变作用

2.4 钢桥结构分析

2.4.1 载荷计算

2.4.2 边界约束及载荷施加

2.4.3 钢桥结构应力状态

2.5 本章小结

第三章 钢桥焊缝数值分析

3.1 焊接残余应力概述

3.2 焊接残余应力的测定方法

3.2.1 机械测定法

3.2.2 物理测定法

3.3 焊接模拟理论

3.3.1 焊接热源模型

3.3.2 焊接热分析理论基础

3.3.3 焊接应力场、位移场基本理论

3.4 ANSYS焊接模拟

3.4.1 焊接材料

3.4.2 温度场分析

3.4.3 应力场分析

3.5 本章小结

第四章 高速公路钢桥结构可靠度分析

4.1 结构可靠度

4.1.1 极限条件的定义及分类

4.1.2 极限条件方程

4.1.3 失效概率

4.1.4 可靠指标

4.2 钢桥结构可靠度分析

4.2.1 应力-强度干涉理论

4.2.2 焊接钢桥结构可靠度分析

4.3 本章小结

第五章 高速公路钢桥结构疲劳分析

5.1 疲劳基本概念与破坏特点

5.1.1 疲劳载荷参数与S-N曲线

5.1.2 疲劳破坏特点

5.2 钢桥结构疲劳分析

5.2.1 Goodman曲线

5.2.2 载荷谱处理

5.2.3 材料属性

5.2.4 钢桥结构疲劳可靠性分析

5.3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录B 参加科研项目情况