[发明专利]车辆荷载与温度共同作用下的钢桥面板疲劳应力计算方法

权利要求书

1.一种车辆荷载与温度共同作用下的钢桥面板疲劳应力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）、建立车辆荷载与温度共同作用下的钢桥面板-铺装层一体化疲劳分析模型；

2）、选取单辆标准疲劳车，加载于步骤1）建立的所述钢桥面板-铺装层一体化疲劳分析模型，计算预定工况下焊接细节的疲劳应力时程曲线，在此基础上建立任一工况下焊接细节疲劳应力时程计算的分析模型；

3）、选取k辆标准疲劳车进行随机模拟，其中，k≥2，确定各辆标准疲劳车在时间轴上的起始时刻t_1，m、结束时刻t_2，m以及在时间段[t_1，m，t_2，m]内的行驶车速v_m，其中m=1，……，k；

4）、对沥青铺装层的温度值进行随机模拟，确定步骤3）时间段[t_1，m，t_2，m]内对应的铺装层温度值T；

5）、将时间段[t_1，m，t_2，m]内的行驶车速v_m以及铺装层温度值T代入步骤2）的分析模型，计算每个时间段各个时刻对应的疲劳应力值，并将不同时间段同一时刻的疲劳应力值线性叠加，确定车辆荷载与温度共同作用下的焊接细节疲劳应力时程。

2.如权利要求1所述的车辆荷载与温度共同作用下的钢桥面板疲劳应力计算方法，其特征在于，步骤1）所述的钢桥面板-铺装层一体化疲劳分析模型通过以下方法得到：

基于ANSYS有限元分析软件，建立车辆荷载与温度共同作用下的钢桥面板-铺装层一体化疲劳分析模型：

①钢桥面板部分由顶板和纵肋组成，采用壳单元进行模拟；

②沥青铺装层采用实体单元模拟，其中对于沥青铺装层弹性模量的模拟，利用沥青铺装层的弹性模量E与铺装层温度T之间的相关性，采用下式表示：

E＝1.2×10^{0.01693(20-T)+3}。

3.如权利要求2所述的车辆荷载与温度共同作用下的钢桥面板疲劳应力计算方法，其特征在于，钢桥面板的横桥向尺寸取6个U形肋，顺桥向尺寸取5个横隔板间距，四周边界约束模拟为铰接支撑，中间横隔板对钢桥面板的边界约束模拟为刚度大小为1.88×10⁷N/m的竖向弹簧支撑。

4.如权利要求1所述的车辆荷载与温度共同作用下的钢桥面板疲劳应力计算方法，其特征在于，步骤2）中选取单辆标准疲劳车，加载于步骤1）建立的所述钢桥面板-铺装层一体化疲劳分析模型，计算预定工况下焊接细节的疲劳应力时程曲线，在此基础上建立任一工况下焊接细节疲劳应力时程计算的分析模型，具体包括以下步骤：

（a）取单辆标准疲劳车荷载模型，以行驶车速v₀沿车道中心线驶过步骤1）建立的一体化疲劳分析模型，根据沥青铺装层温度T的不同分为n种不同的计算工况，计算钢桥面板焊接细节的疲劳应力时程曲线S₁(t)～S_n(t)，用集合表示为S(t)={S₁(t)，……，S_n(t)}，其中t为时间，S_r(t)为第r种计算工况下的疲劳应力时程曲线，r=1，……，n；

（b）根据焊接细节的n条疲劳应力时程曲线S(t)，选取其在t₀时刻的疲劳应力值S(t₀)及其对应的沥青铺装层温度值T，绘制S(t₀)-T散点图并利用最小二乘法进行二次多项式函数拟合，建立S(t₀)-T相关模型S(t₀，T)，据此可得到t₀时刻任一铺装层温度T时的疲劳应力值，根据此方法对S(t)的所有时刻遍历可得到任一时刻t、任一铺装层温度T时的疲劳应力值，用函数S(t，T)表示；

（c）对函数S(t，T)的时间变量t乘以比例系数v/v₀，用函数S(vt/v₀，T)表示，据此可得到自变量v、t、T在给定值时的焊接细节疲劳应力值，其中函数S(tv/v₀，T)可作为焊接细节疲劳应力时程计算的分析模型。