大型铁路焊接钢桥疲劳断裂性能与安全设计

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。⑴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;⑵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。⑶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δc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;⑷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。 论文第二部分进行桥梁规范防断标准的制订研究。主要成果为:⑴提出设计应力和材料冲击韧性是制订规范防断标准的两个控制内容;⑵在控制设计应力方面,将设计应力并考虑相关因素作为断裂驱动力,断裂抗力取试验CTOD临界值方程,应用COD 设计曲线,形成断裂应力检算公式,得出构件防断应力控制值,以及不同板厚允许的使用温度;⑶建立了CTOD 临界值对应吸收功与冲击功之间的联系。确定以CTOD 韧-脆临界状态为基准,制订规范最低冲击功标准。根据临界CTOD 试验曲线与冲击韧性曲线的温度移位,确定规范冲击韧性试验温度。⑷研究提出青藏铁路地区钢梁疲劳设计规定。 以上研究注重解决工程问题,全部结论基于试验,并应用弹塑性断裂力学进行理论推导,严谨可靠,可推荐纳入桥梁设计规范防断标准。