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 硕士论文-波纹钢腹板组合箱梁疲劳性能研究，共119页。
摘要：波纹钢腹板组合箱梁是一种新型的钢—混凝土组合结构，它以波纹钢腹板取代传统的混凝土腹板，大大减轻了结构自重，充分利用了混凝土和波纹钢腹板的材料特性，能够有效地实现主梁的轻型化。为研究波纹钢腹板组合箱梁疲劳性能，本文对其进行了疲劳试验研究、数值模拟和简单的理论分析。
首先介绍波纹钢腹板组合箱梁的发展历程、构造特征和结构特点，总结归纳了其国内外研究现状一览表，在此基础上提出本文的研究问题、思路和内容。
然后设计制作了两根波纹钢腹板组合箱梁试件进行疲劳试验，重点描述了整个试验中的裂纹萌生、扩展过程，由此说明波纹钢腹板组合箱梁的疲劳损伤破坏过程；分析试验荷载、挠度、应变结果，绘成经历不同循环加载周次的荷载—挠度、荷载—应变曲线，通过对比得到波纹钢腹板组合箱梁在疲劳荷载作用下表现出的疲劳性能。
接着通过ABAQUS 有限元分析获得波纹钢腹板组合箱梁的静力位移、应力、应变结果，基于此借助MSC.Fatigue 进行局部应力应变疲劳分析，发现裂纹萌生位置和寿命与疲劳试验结果基本一致。
最后援引传统疲劳、疲劳损伤、疲劳断裂理论，结合疲劳试验和数值分析结果，对波纹钢腹板组合箱梁疲劳性能作了简单分析。
由疲劳试验、数值模拟、理论分析，本文得出以下主要结论：
（1）未施加预应力和设置端横隔板的试验波纹钢腹板组合箱梁于混凝土底板上最早出现裂缝，除端部裂缝外，侧面和底面裂缝于1.8~2 万次间开始出现，直至5~6 万次陆陆续续生发多条，而后几十万次乃至上百万次加载循环期间，裂缝条数增加较少，既有混凝土裂缝在反复张合中延伸、汇合、密集。
（2）波纹钢腹板上唯一的一条裂缝出现在混凝土底板裂缝发展交汇、密集、纵深之后，约165 万次（XL2）、150 万次（XL3）循环加载时，位于跨中靠近加载点的位置，且处于波纹钢腹板平板段，由钢板翼缘而起，上延至斜板段（XL2）或平板段与斜板段倒角过渡处直向上延（XL3）。这一现象揭示了波纹钢腹板组合箱梁结构中波纹钢腹板与混凝土底板的相互作用机理：混凝土底板被严重拉裂，波纹钢腹与混凝土底板产生纵向滑移，使混凝土销与PBL 剪力连接件相互作用、错动，并将此力传递给波纹钢腹板，历经一定加载循环，依次剪坏了混凝土销，切断了PBL 剪力连接件，拉裂了钢板翼缘，撕开了波纹钢腹板，从而波纹钢腹板上出现由底往上伸展的竖向裂纹。
（3）波纹钢腹板组合箱梁在反复循环荷载作用过程中基本一直沿着初始静载荷载—挠度曲线卸载路径不断来回往复，刚度并没有明显退化，表明波纹钢腹板组合箱梁较好疲劳耐久性；试件XL3 在150 万次波纹钢板上出现裂缝之后，直至停止疲劳试验时已反复循环加载600 万次，终未出现整体突然的脆断垮落或完全失效，表明波纹钢组合箱梁发生疲劳破坏后仍能承受较高周次的循环载荷，表现出良好的抗疲劳性能。
（4）基于ABAQUS 有限元分析结果的MSC.Fatigue 局部应力应变疲劳分析得到疲劳寿命云图，表明10-100kN 正弦波荷载谱作用下，波纹钢腹板组合箱梁试件XL3 上波纹钢腹板、PBL 剪力连接件、钢板翼缘单元中疲劳裂纹萌生寿命最短的为145 万次循环载荷，且位于加载点3/8L0 对应影响区域，与疲劳试验中150 万次循环左右观测到的钢板裂缝萌生位置相符。
（ 5 ） 波纹钢腹板组合箱梁中波纹钢腹板S-N 曲线介于美国规范AASHTO2004 分类标准中的B’类和C 类之间，建议按照C 类进行工程设计和疲劳寿命估算；采用Palmgren-Miner 线性累积损伤疲劳准则，累计试件XL2 波纹钢腹板、钢板翼缘经历165 万次变幅循环时疲劳损伤因子，D=1.07，略大于1，已然发生疲劳断裂，与疲劳试验结果相符，表明该准则用于计算变幅疲劳载荷下波纹钢腹板组合箱梁的疲劳损伤是有效的。
关键词：波纹钢腹板组合箱梁；疲劳；试验研究；损伤；裂纹；ABAQUS；MSC.Fatigue
摘要………...I
Abstract….... III
第一章 绪论 .............................................................................................................................. . 1 
1.1 波纹钢腹板组合箱梁的发展应用 ............................................................................. 1
1.2 波纹钢腹板组合箱梁的构造特征 ............................................................................. 3
1.2.1 波纹钢腹板形状及其节段连接 ..................................................................... 4
1.2.2 预应力束配置方式 ......................................................................................... 5
1.2.3 波纹钢腹板与混凝土的连接 ......................................................................... 6
1.3 波纹钢腹板组合箱梁的技术优势 ............................................................................. 8
1.3.1 与普通预应力混凝土箱梁相比的优点 ......................................................... 8
1.3.2 与平钢腹板组合箱梁相比的优点 ................................................................. 9
1.4 波纹钢腹板组合箱梁疲劳性能研究现状 ............................................................... 10
1.5 本文的主要研究内容和研究思路 ........................................................................... 15
第二章 波纹钢腹板组合箱梁疲劳试验研究 ......................................................................... 17 
2.1 试验背景及目的 ....................................................................................................... 17 
2.2 试验方案 ................................................................................................................... 17 
2.2.1 试件的设计及制作 ....................................................................................... 17
2.2.2 材料力学性能 ............................................................................................... 21 
2.2.3 试验设备系统 ............................................................................................... 21 
2.2.4 加载方案 ....................................................................................................... 23 
2.3 试验过程及现象 ....................................................................................................... 25 
2.3.1 试件XL2....................................................................................................... 25 
2.3.2 试件XL3....................................................................................................... 28 
2.4 试验结果 ................................................................................................................... 30 
2.4.1 初始静载结果分析 ....................................................................................... 30
2.4.2 疲劳试验结果分析 ....................................................................................... 36
2.5 疲劳试验小结 ........................................................................................................... 53 
第三章 波纹钢腹板组合箱梁疲劳性能数值分析 ................................................................. 55 
3.1 ABAQUS有限元分析 ............................................................................................. 55 
3.1.1 ABAQUS有限元软件介绍 .......................................................................... 55 
3.1.2 ABAQUS有限元建模.................................................................................. 58 
3.1.3 ABAQUS有限元分析结果 .......................................................................... 61 
3.2 MSC.Fatigue疲劳分析 ............................................................................................ 71 
3.2.1 MSC.Fatigue软件介绍................................................................................. 71 
3.2.2 MSC.Fatigue应力疲劳分析 ......................................................................... 73 
3.2.3 MSC.Fatigue裂纹萌生/ 局部应力应变疲劳分析 ........................................ 74 
3.3 数值分析小结 ........................................................................................................... 84 
第四章 波纹钢腹板组合箱梁疲劳理论分析 ......................................................................... 85 
4.1 疲劳破坏与疲劳寿命 ............................................................................................... 85 
4.2 传统疲劳理论 ........................................................................................................... 86 
4.2.1 基于S-N 曲线的应力疲劳分析 ................................................................... 86 
4.2.2 基于ε-N曲线的应变疲劳分析 ................................................................... 88
4.2.3 基于局部应力-应变法的裂纹萌生寿命分析 .............................................. 90 
4.2.4 波纹钢腹板应力疲劳分析 ........................................................................... 91
4.3 疲劳损伤理论 ........................................................................................................... 92 
4.3.1 线性累积损伤理论 ....................................................................................... 92
4.3.2 波纹钢腹板组合箱梁疲劳累积损伤分析 ................................................... 93
4.4 断裂疲劳理论 ........................................................................................................... 94 
4.4.1 疲劳裂纹扩展速率 ....................................................................................... 94
4.4.2 疲劳裂纹扩展寿命 ....................................................................................... 96
4.4.3 波纹钢腹板组合箱梁疲劳裂纹扩展分析 ................................................... 97
4.5 疲劳理论分析小结 ................................................................................................... 99 
第五章 结论与建议 ............................................................................................................... 100 
参考文献…103
声 明……111