大跨度波纹钢腹板PC箱梁桥疲劳特性实验及数值分析研究

本项目以交变载荷作用下波纹钢腹板PC组合箱梁失效破坏的成因和发展，损伤累积效应及其演化规律为主线，通过对波纹钢腹板PC组合箱梁结构材料疲劳损伤破坏和力学模型研究、结构系统的数值模拟与试验研究，明确采用不同连接形式和不同受力状态下的波纹钢腹板PC箱梁桥中出现疲劳薄弱部位及其应力特性的一般规律，探索波纹钢腹板PC组合箱梁结构材料的细、宏观疲劳损伤力学特性，疲劳裂纹形成发展过程、损伤演变规律和失效机理，建立波纹钢腹板PC组合箱梁局部的失效模式、寿命预测评价方法。同时结合深圳拟建南山波纹钢腹板实桥进行应用研究，探索改善薄弱部位疲劳应力的有效措施并通过试验和有限元分析双重验证，为大跨度波纹钢腹板PC组合箱梁桥的设计、安全建设、使用寿命内的运行以及规范的修订提供有力的科学依据及关键技术支持。

作为一种新型的钢—预应力混凝土组合结构形式，近年来波纹钢腹板PC箱梁桥在桥梁工程中被越来越多的采用，其疲劳性能备受关注。本项目通过对波纹钢腹板PC组合箱梁结构材料疲劳损伤破坏和力学模型研究、结构组件(包括：PBL剪力连接件、波形钢腹板钢梁和波形钢腹板组合箱梁)的试验研究与数值模拟，明确了相关的材料和结构的疲劳发生发展机理、破坏特性和寿命预测模型。探明了钢材长寿命疲劳裂纹从材料内部萌生的机制、PBL剪力连接件的疲劳开裂模式、波形钢腹板钢梁焊接部位的应力集中特性以及波形钢腹板组合箱梁的疲劳失效模式。疲劳试验结果表明，本研究所采用的试验技术能较为有效的提供波形钢腹板梁疲劳寿命的评价；数值模拟结果表明，本研究所采用的数值模拟技术能较好的考虑到波形钢梁的特征几何和构造参数，提供结构应力集中模式和识别薄弱部位；并且采用建立在数值模拟技术基础上的寿命预测方法，可为波形钢腹板梁的疲劳寿命预测提供偏于安全并不太保守的疲劳寿命预测分析的结果。项目研究结果为建立波纹钢腹板PC组合箱梁由局部到整体的失效模式、安全评估及疲劳寿命预测方法，为相应桥梁的结构设计、安全建设、使用寿命内的运行以及规范的修订提供有力的科学依据及关键技术支持。