基于断裂力学的城市钢桥面板疲劳寿命分析

<正>交异性钢桥面板承受着车辆动荷载的反复作用,容易造成疲劳累计损伤,导致钢桥面板出现疲劳开裂现象。为研究某城市桥梁钢桥面板的疲劳寿命,建立钢桥面板有限元模型,选取钢桥面板4种典型疲劳细节,根据实测所得到的城市车辆荷载频值谱,计算得到相应的应力历程和应力谱。基于线弹性断裂力学理论,对这4种疲劳细节进行疲劳寿命分析,结果表明:在桥梁设计基准期内钢桥面板不会发生疲劳破坏。     

公路钢桥疲劳设计荷载标准研究

为推导我国公路钢桥疲劳设计荷载标准,从实际出发,根据我国现有高速公路交通荷载现状,实地调查我国高速公路正在运营的各种车辆荷载。根据实测、统计和分析结果,采用数理统计和可靠度理论分析的方法,通过建立典型公路钢桥车辆荷载谱和连接构件应力谱模型,进行疲劳荷载谱研究。研究结果表明:我国国土面积较大,各地车辆荷载形式众多,不能简单套用欧美标准,应根据各地车辆荷载的实际情况,并结合日后进行疲劳设计使用的方便性,从疲劳致伤理论的角度,根据实际计算、分析的结果,制定出标准疲劳车辆。这一结论为疲劳设计提供了标准车辆荷载谱,填补了我国公路钢桥疲劳设计中的空白,也为公路钢桥的运营管理和养护维修提供有力的参考依据,对提高桥梁的耐久性具有现实的指导意义。     

钢筋混凝土吊车梁荷载效应谱试验研究与疲劳分析

针对吊车梁荷载为大量重复动态随机荷载这一主要特点.通过对生产运行中的吊车梁进行较长时间连续测试分析,建立了吊车梁的荷载效应谱。采用模糊理论确定吊车梁循环荷载幅值及峰值均服从正态分布规律,并由此对吊车梁进行了疲劳分析,得到了更能反映实际情况的计算结果。     

城市道路桥梁的疲劳荷载谱

我国针对公路及城市道路桥梁疲劳设计的车辆荷载谱还是个空白,本文以上海市内环线中山路3号桥地面道路桥梁为例,对城市道路桥梁的疲劳荷载作了研讨.在1994年和1995年两次交通调查的基础上,得到了由18类日常典型的运营车辆组成的荷载频值谱.依据等效的疲劳损伤原理,将实测的车辆荷载频值谱简化成由6类模型车辆组成的具有实用性的荷载频值谱.所建立的模型车辆荷载频值谱,对于日常车辆交通构成与本文状况相类似的其它城市道路桥梁的疲劳损伤度验算,可作为参考.     

随机变幅疲劳荷载下预应力混凝土梁疲劳寿命的试验研究

基于实测的钢筋混凝土吊车梁疲劳荷载谱,经过适当的简化得到试验用随机变幅疲劳荷载谱,并通过MTS疲劳试验机实现了该随机变幅疲劳荷载谱作用下部分预应力混凝土梁的疲劳试验。试验结果表明,由随机变幅疲劳试验得出的构件疲劳寿命远低于由疲劳荷载上限值取为荷载谱均值的等幅疲劳试验得出的疲劳寿命,因此如果采用后者的试验结果去估算实际服役中的预应力混凝土构件的疲劳寿命是非常危险的。然后分别利用Miner准则、相对Miner准则和Corten-Dolan累积损伤准则对承受随机变幅疲劳荷载作用的试件疲劳寿命进行了估算。计算结果表明,改进的Corten-Dolan累积损伤准则精度最高,相对Miner准则也具有较高的精度,Miner准则的精度最低且偏于不安全。建议对预应力混凝土受弯构件进行随机变幅疲劳分析时采用改进的Corten-Dolan累积损伤准则或相对Miner准则。     

顺风作用下输电塔疲劳可靠度分析

输电塔是电力输送的载体,是重要的生命线工程.疲劳可靠度分析是预测输电塔结构使用过程疲劳损伤寿命的有效方法之一.选取六安500kV双回路SZ34型塔体为研究对象,简化输电塔受力点,依据Davenport谱模拟脉动风荷载时程,考虑平均风速分布概率的影响,进行输电塔结构关键杆件应力响应分析.基于Weibull概率分布理论导出疲劳可靠度分析模型.通过静力分析得到塔体关键杆件,采用雨流法、材料累积损伤准则及系统可靠度理论,计算输电塔关键杆件的疲劳寿命及可靠度,预测输电塔结构系统的疲劳使用寿命及可靠度.这种方法可以在计算疲劳寿命的同时,利用可靠度计算检验疲劳寿命的正确性.通过工程实例仿真分析,表明该方法可以准确高效地预测输电塔结构的疲劳寿命及可靠度,为今后进一步的工程应用奠定了基础.     

悬挂吊车作用下网架结构的疲劳载荷谱研究

悬挂吊车荷载作用下网架结构的疲劳问题在工业建筑领域备受关注。为研究网架结构在吊车荷载作用下的疲劳载荷特性,采用动态应变计对网架结构的杆件应力进行现场测试,得到实测的样本载荷数据。通过数据对比选择疲劳损伤严重的腹杆作为网架疲劳载荷谱的研究对象,综合运用数据处理、雨流计数及数理统计等方法,对设置悬挂吊车网架结构的疲劳载荷谱进行编制。在此基础上,根据悬挂吊车吊重及其频次的现场统计结果,拟合得到吊重服从对数正态概率分布模型,并给出了网架结构疲劳应力频值谱的简化分析方法,得到了网架结构在不同荷重分布参数下的疲劳应力频值谱,为设置悬挂吊车的网架结构疲劳寿命研究提供参考。     

天津市公路桥梁疲劳荷载谱初探

通过对天津市外环线典型路段进行的24h交通量观测调查,统计出了包含5种车型的车辆荷载频值谱并根据等效疲劳损伤原理,将其简化成为只含有2种标准车型的实用疲劳荷载频值谱,该实用疲劳荷载频值谱可以用于天津市公路桥梁的疲劳分析和疲劳设计。     

高速铁路桥梁疲劳荷载研究

高铁桥梁疲劳荷载是桥梁设计的重要依据,与高铁线路通行量与运行车辆密切相关。基于对京沪、沪宁、沪杭、杭深、合武、合宁等6条高速铁路与客运专线连续3年的营运数据收集,按春运、节假日、休息日、工作日等4类运营模式随机取12天作为全年样本,根据通行量和载重量对各条线路的运行列车车型、轴重、运行图、运行列车统计表和客座利用率等运营资料进行了统计分析,采用概率统计方法得到了不同通行量的6种运营荷载频值谱。依据疲劳损伤等效原理和Miner线性准则公式对运营荷载频值谱进行计算分析,提出了标准疲劳荷载车。建议高速铁路桥梁疲劳验算可根据线路的运量、本文提出的运营荷载频值谱和标准疲劳荷载车进行。     

动态称重(WIM)技术及其在桥梁疲劳性能评估中的应用研究

论文详细阐述了动态称重技术的概念、国内外研究现状以及动态称重系统的组成。针对公路桥梁疲劳性能评估,分析了几个发达国家桥梁疲劳车辆荷载的规范规定及车辆荷载数据来源,就建立基于动态称重(WIM)数据的车辆疲劳荷载模型或荷载谱作了探讨性研究。     

钢箱钢纤维混凝土结合梁桥疲劳寿命评估

钢-混凝土结合梁由于其突出的综合效益优点已经在土建工程中得到大量的应用,但就其具体分析而言,加载荷载多参照国外规范执行。基于广州市内环线某路段实测的交通量调查结果,推导出了该路段高架桥的标准车辆荷载谱加载,利用MSC.Fatigue对桥梁整体和局部进行了疲劳寿命评估。     

Traffic load modelling based on structural health monitoring data

Live and fatigue load models are foundations for the life-cycle design of highway bridges. Many highway bridges are now equipped with structural health monitoring (SHM) systems, which provide valuable data to establish load models. In this paper, traffic load models of the Binzhou Yellow River Highway Bridge are developed based on the field measurement of vehicles by an existing SHM system. The probabilistic distribution model and extreme value distribution of gross vehicle weight are statistically analysed using the monitoring data. The results indicate that they follow the bimodal lognormal and Gumbel distributions, respectively. The fatigue load spectrum is also studied. The logistic model is employed to predict the long-term traffic volume, and its parameters of the logistic model are updated using the monitored traffic volume. The combination of the fatigue load spectrum and the traffic volume forecast using the updated logistic model provides a load model for estimation of fatigue damage evolution of bridges.     

江阴长江公路大桥疲劳荷载车辆模型分析研究

对江阴长江公路大桥实测的14类日常典型的运营车辆组成的荷载频值谱,依据等效疲劳损伤原理,简化成由6类模型车辆组成的具有实用性的荷载频值谱,该结果对于日常车辆交通构成与文中状况相类似的其他公路钢桥的疲劳损伤度验算具有一定的参考价值。     

钢吊车梁疲劳评估欠载效应的等效系数法研究

近年来,我国冶金工业厂房钢吊车梁的疲劳问题尤为突出,为此从国内外钢吊车梁疲劳设计、验算方法出发,对比分析了德国标准DIN 4132-1981、欧洲标准Eurocode 3、中国标准GB 50017—2017中的相关规定,指出了这些标准中钢吊车梁疲劳验算方法的异同;详细阐述了我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》中欠载效应的等效系数的推导过程,实测并统计分析了16个冶金工业厂房40根生产任务较为繁重的钢吊车梁疲劳荷载谱,验证了现行疲劳荷载取值方法的适用性;通过参数化分析,提出了梁长、起重机轮距、验算位置的修正方法。研究结果表明,我国现行钢吊车梁疲劳荷载取值方法合理,但针对冶金工业厂房的欠载效应的等效系数偏低,建议修正为1.2。     

Performance of steel bridge deck pavement structure with ultra high performance concrete based on resin bonding

This research investigated a pavement system on steel bridge decks that use epoxy resin (EP) bonded ultra-high performance concrete (UHPC). Through FEM analysis and static and dynamic bending fatigue tests of the composite structure, the influences of the interface of the pavement layer, reinforcement, and different paving materials on the structural performance were compared and analyzed. The results show that the resin bonded UHPC pavement structure can reduce the weld strain in the steel plate by about 32% and the relative deflection between ribs by about 52% under standard axial load conditions compared to traditional pavements. The EP bonding layer can nearly double the drawing strength of the pavement interface from 1.3 MPa, and improve the bending resistance of the UHPC structure on steel bridge decks by about 50%; the bending resistance of reinforced UHPC structures is twice that of unreinforced UHPC structure, and the dynamic deflection of the UHPC pavement structure increases exponentially with increasing fatigue load. The fatigue life is about 1.2 × 10⁷ cycles under a fixed force of 9 kN and a dynamic deflection of 0.35 mm, which meets the requirements for fatigue performance of pavements on steel bridge decks under traffic conditions of large flow and heavy load.     

基于微塑性应变的钢箱梁疲劳损伤及仿真分析

随着大跨度桥梁服役时间的不断增加,交通量持续增长以及负荷严重等因素,车辆对桥面系结构的冲击效应将越加提高。作为大跨度桥梁主要受力构件的钢箱梁,将直接承受车轮荷载的作用,焊接区域应力集中效应尤为显著。本文设计了典型的钢箱梁构件,并进行了疲劳加载试验。研究表明,在形成裂纹的初始时期,裂纹发展速度最快且形成微小裂纹,即试件的损伤快速积累阶段,其后疲劳损伤稳定发展,最终损伤急剧增加乃至试件破坏。本文提出的三阶段疲劳累积损伤公式及空间有限元分析方法可供工程设计参考。     

Ermüdungsbeanspruchungen von Betonbrücken unter zunehmendem Schwerverkehr

Fatigue Life of Concrete Bridges under Consideration of Increasing Traffic Loads Increasing traffic loads lead to higher fatigue stresses on bridge structures. The effects on the stresses of the main load‐bearing structure depend on the load models representing weight and the ratio of the load model length to the bearing distance of the superstructure. Within a research project carried out on behalf of the Federal Ministry of Transport, Building and Urban Affairs several different bridge constructions (box girder bridge, skew slab construction, girder bridge with T‐beam elements) were analysed with respect to their fatigue strength. Hence, the stresses in concrete and steel components are examined on extensive numerical models in longitudinal and transversal direction. The fatigue investigations of these existing bridges are performed by specified load combinations according to the German Standard for the design of concrete bridges. Furthermore the future development of heavy traffic loads is included by calculating the effects of a 60to‐heavy traffic vehicle.     

带裂纹钢吊车梁剩余寿命评估

论述了钢结构疲劳裂纹计算分析的基本理论,针对工业厂房的重级工作制钢吊车梁,建立了采用非等幅荷载谱对带裂纹钢吊车梁剩余寿命的分析评估方法,计算分析了不同应力幅值及初始裂纹尺寸条件下钢吊车梁剩余疲劳寿命。计算表明:钢吊车梁剩余疲劳寿命受应力幅值大小及裂纹长度影响较大,按照指数形式衰减,受裂纹深度的影响相对较小。采用NASGRO公式可对存在初始裂纹的钢吊车梁进行剩余疲劳寿命评估,效果良好,应用前景广阔。     

现代钢桥新型结构型式及其疲劳问题分析

随着各种形式的钢桥在我国得到大规模建设,特别是一些新型结构型式和制造工艺不断出现在现代钢桥中,钢桥构件的疲劳性能在设计时需特别关注。在对钢桥疲劳性能影响因素、钢桥疲劳设计关键参数以及疲劳荷载分析的基础上,对现代钢桥中的一些典型构造细节的疲劳性能进行了分析,并对防止钢桥疲劳的方法进行了总结,最后指出了目前我国钢桥疲劳研究中存在的一些问题,这对有效地防止钢桥疲劳破坏事故的发生,提高我国钢桥的设计和制造水平具有重要的意义。