基于数值分析的多因素作用下重载铁路桥梁结构性能演化过程的研究

在大轴重，高行车密度作用下，重载铁路桥梁结构的疲劳问题非常突出；而有害介质的侵蚀所引起的钢筋锈蚀又会招致桥梁构件的完备性降低，进而对结构的疲劳性能产生影响。由于我国重载铁路起步较晚，现有的重载铁路桥梁结构设计理论体系尚不够完善，已有的研究成果也未能完整地考虑环境因素与结构力学性能间的交互影响。为此，本项目拟通过试验研究获得介质侵蚀和钢筋锈蚀相关参数的变化规律，建立不同物理场下环境作用与疲劳荷载共同作用的耦合机制，并基于通用有限元软件平台的热分析模块与力学分析模块的耦合，开发子程序建立一种有效的、能模拟多因素作用的重载铁路桥梁结构性能演化过程的数值分析方法，并对基于时间轴的结构耐久性劣化过程与使用阶段性能演变的交互影响规律进行研究，为重载铁路桥梁结构的耐久性设计、状态检测和寿命评估提供必要的理论基础。

本项目通过开展大型人工气候环境室的加速侵蚀试验，为环境作用下重载铁路桥梁的计算机仿真分析提供基本参数；分析和完善混凝土结构中氯盐传输和碳化的物理模型；初步探讨不同物理场下环境作用与疲劳荷载共同作用的耦合机制, 并基于通用有限元软件平台的热分析模块与力学分析模块的耦合，建立了一种有效的、能模拟多因素作用的重载铁路桥梁结构性能演化过程的数值分析方法。开展了有害介质在重载铁路桥梁传输的计算机仿真分析。建立了重载铁路预应力混凝土梁的疲劳本构模型；同时开展不同轴重荷载重复作用下重载铁路桥梁的疲劳试验，研究重载铁路预应力混凝土梁的疲劳性能。考虑到重载铁路服役阶段的受力特点及预应力混凝土梁的疲劳破坏模式，基于断裂力学原理，对钢筋疲劳裂纹寿命进行计算分析，以此来推断服役期重载铁路桥梁在钢筋脱钝后的疲劳寿命变化。