吊杆损伤下钢管混凝土拱桥的超载研究

目的 研究钢管混凝土拱桥在超载车辆作用下及短吊杆、1/4跨度处吊杆损伤时的吊杆应力变化,为钢管混凝土拱桥的安全运营提供依据.方法 建立钢管混凝土拱桥有限元模型,对钢管混凝土拱桥在2辆超载车一侧加载及吊杆损伤情况进行模拟研究.结果 有限元方法 计算得到的位移值与实测位移值相符,验证了分析模型正确性;超载作用下,短吊杆单独损伤45%以上时,短吊杆的应力超出许用应力;1/4跨度处吊杆单独损伤47%以上时,该处吊杆的应力超出许用应力;短吊杆、1/4跨度处吊杆同时损伤时,吊杆应力比相应的单独损伤情况的吊杆应力大,存在隐患更大些.结论 吊杆完好情况下,钢管混凝土拱桥通过超载车时没有安全隐患;当短吊杆、1/4跨度处吊杆存在一定损伤程度情况下,有超载车通过该桥时,存在一定的隐患;该研究对于吊杆损伤情况下拱桥超载方面的研究具有参考价值.     

车 - 温度荷载耦合作用下悬索桥钢桥

针对传统悬索桥钢桥面板疲劳寿命评估方法忽略了温度荷载影响的问题,提出考虑车辆和温度 荷载耦合作用下悬索桥钢桥面板疲劳耐久性评估方法。以南溪长江大桥为工程背景,基于悬索桥主梁的车辆 动态称重（WIM）、U 肋细节应变、铺装层温度和环境温度监测数据,建立标准疲劳车辆模型、铺装层温度 概率模型和主梁温差模型。在 ANSYS 有限元平台,采用瞬态分析计算车辆和铺装层温度荷载耦合作用对结 构两类典型焊接细节的疲劳应力效应的影响,并统计结构温度梯度的疲劳应力谱。在此基础上,预测车 - 温 度荷载耦合作用下南溪长江大桥两类典型细节的疲劳寿命。研究表明：在车载不变的情况下,沥青铺装层温 度与等效应力幅呈现线性关系。温度对细节疲劳寿命的影响随着细节距铺装层距离的增大而衰减。温度梯度 疲劳荷载谱的循环次数明显较车载小,在两者耦合作用中,车载对疲劳损伤的贡献值占据主要地位。对比考 虑与不考虑车 - 温度荷载的耦合作用,南溪长江大桥梁服役 100 a 主梁细节 1 和细节 2 的疲劳损伤计算值分 别相差 5.06 和 1.50 倍。     

基于准静态应变影响线的拱桥吊杆损伤识别及评估

为解决拱桥吊杆损伤的精确识别难题,建立了一种下承式系杆拱桥简化力学模型,并通过力法推导得到了下承式系杆拱桥吊杆应变影响线解析式,据此提出了一种基于下承式系杆拱桥吊杆准静态应变影响线指标的损伤识别方法。借助有限元法验证了该方法对于常规吊杆数目拱桥的适用性,并利用有限元模型算例研究了测试噪声、损伤位置、损伤程度、损伤类别对损伤评估结果的影响,提出了科学的车辆加载实施方案。研究结果表明：在10%的测试噪声内,准静态应变影响线差值曲率法能精准定位拱桥吊杆的局部损伤位置,并可定量评估其损伤程度,在系梁、风撑、拱肋等其他结构损伤时,该方法仍具有良好的识别效果。     

水泥稳定碎石疲劳的破坏力学分析

结合断裂力学和损伤力学的方法对水泥稳定碎石小梁疲劳寿命进行了分析。用有限元对小梁试件断裂韧度进行了计算,给出了拉应力控制的损伤演化方程,根据小梁疲劳试验的部分数据基于断裂韧度控制指标反算了损伤演化方程的系数,并用小梁疲劳试验的剩余数据对该损伤演化方程的寿命预估精度进行了验证。结果表明,用有限元计算小梁的断裂韧度具有足够的精度,基于断裂韧度为控制指标的损伤演化方程比常用的S—N方程具有更好的寿命预估能力。这种方法对小梁疲劳试验数据分析引入了力学参量,可以为实际道路结构中的寿命预估提供计算模型。     

钢桥面板U肋与顶板焊根疲劳寿命预测方法对比分析

为了对正交异性钢桥面板U肋与顶板焊缝疲劳细节进行轮载作用下受力分析及损伤度预测影响因素分析,以南京长江三桥及实测车流数据为背景,建立多种有限元模型,对不同的疲劳效应计算方法进行对比分析.结果表明:钢桥面板的应力幅计算中,采用国内车轮横向分布模型所计算的轮迹修正系数约为欧洲规范车轮横向分布模型的0.7~0.8倍.基于累计损伤破坏准则,名义应力法偏安全;有效缺口应力法的预测稳定性不够;针对文中钢桥面板细节的有限元疲劳寿命预测,1 mm热点应力法理论性强,结果稳定性好,结果最为精确.建议使用该方法对钢桥面板顶板与横隔板细节进行疲劳预测.     

吊杆损伤对外倾单肋式曲线钢拱桥自振特性的影响

为得到外倾单肋式曲线钢拱桥吊杆损伤对其结构动力特性的影响,以某人行钢拱桥为研究对象,采用Midas/Civil建立空间有限元模型,针对不同吊杆相同损伤程度或同一吊杆不同损伤程度对结构自振特性的影响进行了分析。分析结果表明:吊杆损伤降低了该桥梁结构的各阶自振频率,并具有自振频率降幅随吊杆损伤程度的增大而增加的特征,且结构第3阶自振频率的降幅受吊杆损伤影响程度最大。     

基于ANSYS的接地开关箱结构分析

基于接地开关箱有限元疲劳强度的分析,通过建模、加载计算工况以及约束条件,校核了箱体结构满足静强度设计要求;依据国际焊接学会IIW标准提供的S-N曲线数据和焊接接头疲劳类型,并利用Palmgren-Miner累积损伤法则计算出待测评估点的应力循环次数和损伤比,计算结构表明:箱体的疲劳寿命评估为无限寿命,满足产品疲劳强度设计要求。     

缺口件疲劳损伤累积规律的研究

为解决传统疲劳方法对于缺口件疲劳寿命估算不准确的问题,引入疲劳损伤累积的概念.利用有限元分析方法,计算了中心圆孔试件在4种疲劳载荷作用下缺口处的应力-应变响应.采用坐标变换的方法得到缺口处在4种疲劳载荷作用下任意材料平面上的应力、应变分量.选取6种损伤参量进行研究,计算得到6种损伤参量随截面位置的变化情况,进而可以确定最大疲劳损伤.为了获得6种损伤模型的累积规律,计算在不同循环内的最大累积损伤,进而获得最大疲劳累积损伤与循环次数的关系.结果表明:中心圆孔缺口件在4种疲劳载荷作用下6种损伤模型的累积规律都为线性.以该结论为基础可估算缺口件的疲劳寿命.     

CFL加固RC梁疲劳寿命预测

目的 建立疲劳寿命预测模型,为加固构件的抗疲劳设计提供新的方法.方法 提出了一种可以同时考虑钢筋、混凝土和碳纤维耦合作用下的动态损伤模型.定义加固梁的剩余抗弯刚度为损伤变量,在正截面应力分析的基础上,运用分段线性原理,分析了碳纤维薄板加固梁在疲劳载荷下刚度衰减规律.结果 利用动态损伤模型,数值模拟了碳纤维薄板加固钢筋混凝土梁受弯构件疲劳损伤全过程,计算了加固梁的疲劳寿命.结论 由于考虑了组成材料损伤机制不同而造成的疲劳损伤过程中的应力重分布现象,动态损伤模型能够较好地预测CFL增强RC梁的疲劳寿命.     

重型载货汽车转向前轴的动态特性分析

基于线性振动理论建立了重型载货汽车转向前轴动态特性分析的有限元方模型,计算了前轴的模态参数,分析了其模态特性,计算了正弦交变载荷作用下前轴关键部位的动态应力值,用S-N曲线法计算了前轴的疲劳寿命。按照国标QC/T 513—1999进行了前轴台架疲劳寿命试验,用动态应变测量法测试了动态应力。试验结果表明,前轴动态应力理论计算值接近实际测试值,计算疲劳寿命接近实测疲劳寿命,证明前轴动态特性分析的有限元模型是正确的,可用于进一步分析前轴不同载荷下的强度品质。     

西溪河大桥主桥疲劳性能分析及寿命预测

随着我国高速铁路网络的逐步形成,钢结构铁路桥梁的疲劳问题日益显著,成为研究的热点。以典型的上承式钢拱桥——西溪河大桥为研究对象,通过有限元软件ANSYS对主桥结构建立数值模型,分析其在疲劳荷载下的应力分布及应力集中系数。对材料的基本S~N曲线进行合理修正,得到针对桥梁构件的S~N曲线;应用名义应力法,计算桥梁结构中各杆件的疲劳寿命,进而研究大桥的疲劳性能。研究结果表明:西溪河大桥的疲劳寿命大于107次,疲劳性能满足实际要求;应力集中主要出现在腹杆与弦杆的焊接部位,因而施工时应重点保证焊接质量;虽然疲劳破坏为脆性破坏,但拱桁架中部分杆件失效后可进行多次应力重分布,结构仍然有一定的静力及疲劳承载能力,因此结构的整体疲劳破坏具有一定延性。文中提出的疲劳寿命计算方法适用于桥梁的寿命评估。     

随机恒幅载荷下结构疲劳累积损伤的概率模型

概率疲劳累积损伤理论是产品可靠性评估与疲劳寿命预测的核心问题,其焦点是瞬时累积损伤及临界损伤的概率分布特性。从应力与疲劳寿命的基本关系(即S-N曲线方程)出发,根据应力的概率密度函数推导出疲劳寿命的概率密度函数;基于Miner理论建立了一种适用于疲劳可靠性分析的概率疲劳累积损伤模型;通过具体实例对所建模型的有效性进行验证和分析。结果表明:该模型能够很好的反映外因(载荷特性)及内因(材料疲劳性能参数)对产品累积损伤分布规律的影响,为产品的可靠性设计及疲劳寿命预测提供了理论依据。     

一种新的随机疲劳寿命预测方法

根据疲劳损伤具有局部性的特点,在应力场强法的基础上,提出了缺口疲劳损伤局部应力应变场理论;该理论可同时考虑缺口根部局部应力应变梯度对疲劳损伤的影响．通过对缺口件进行随机交变加载下的弹塑性有限元分析,提出一种随机加载疲劳寿命预测的局部应力应变场强法;由该法来预测缺口件疲劳裂纹形成寿命,其精度要好于传统的局部应力应变法．     

基于均方差应力修匀的大横梁焊缝疲劳损伤评估

针对C80E型通用敞车车体大横梁焊缝在运用过程中出现的疲劳裂纹问题,本文提出了一种基于均方差加权应力修匀的疲劳损伤评估方法。根据车体结构对称性,建立了1/4车体模型并进行有限元仿真,采用均方差加权应力修匀法对大横梁焊缝结点应力进行修匀;分别计算修匀后的应力值与结点应力均值、最大值在大秦线实测载荷谱下的疲劳损伤,并与实测线路应力谱对应的疲劳损伤进行对比分析。结果表明:经均方差应力修匀对应的疲劳损伤与实测损伤基本一致;与传统采用的均方差应力修匀方法获取的结点应力方法相比,结点应力均值或最大值精度更高,可提高结构疲劳损伤评估的准确性,且该方法简单,便于应用。     

斜靠式拱桥施工阶段静力性能分析

采用空间有限元方法建立平顶山市城东河路湛河斜靠式拱桥施工阶段受力分析的空间有限元计算模型,通过对拱肋的浇筑以及拱架卸架过程中的内力和位移、吊杆张拉顺序的计算,给出了各施工阶段桥梁构件应力和位移、吊杆索力等随施工阶段变化的规律:拱肋主要承受压力,弯矩较小;由于系杆梁预应力的作用,系杆梁全跨受压;吊杆索力分布比较均匀,对桥面系的线形控制作用比较明显;各混凝土构件总体处于受压状态,桥梁设计最大压应力小于材料容许应力,具有较大安全储备,桥梁的变形均在设计规范规定范围之内,表明该桥梁施工方案合理.计算结果已为该桥的施工监控提供参考.     

随机车流下公路钢桥疲劳可靠度分析

为了建立车载下公路钢桥疲劳应力概率模型,将典型疲劳车辆改进为随机车流模型,提出基于响应面法(RSM)的随机车流下钢桥疲劳应力概率分析方法.建立考虑随机车流参数的疲劳损伤功能函数,分析交通量和车重增长对疲劳可靠度的影响.研究结果表明,基于RSM的有限元模型替代方法可以高效地分析随机车流下钢桥的疲劳应力;车重和交通量的增长对桥梁的疲劳可靠度有较大的影响,在交通量增长系数达到3%或车重增长系数达到0.4%时,某钢箱梁桥在设计基准期内的可靠指标低于目标可靠指标.随机车流模型在桥梁疲劳应力概率分析与可靠度评估中具有较好的适用性.     

钢筋混凝土结构疲劳时变可靠性分析

钢筋混凝土结构在疲劳荷载作用下材料要发生劣化,从而结构抗力降低,可靠度发生改变.笔者应用非线性有限元理论计算出结构"危险部位"钢筋和混凝土材料的疲劳应力,通过材料疲劳过程中强度和刚度的损伤劣化模型计算出结构的剩余抗力,并对其进行时变可靠性评估和剩余疲劳寿命预测.其研究方法适用于复杂结构形式和任意边界条件的钢筋混凝土结构疲劳验算和可靠性评估.     

车辆多轴恒动载作用下柔性路面疲劳寿命研究

为研究车辆多轴移动恒动载作用下柔性沥青路面的疲劳寿命,采用有限元分析软件ABAQUS建立考虑柔性沥青路面粘弹性的三维有限元模型,计算车辆多轴移动恒动载作用下柔性沥青路面应变响应,并应用应变疲劳模型对柔性沥青路面进行疲劳寿命预测。预测结果表明,在车辆多轴移动恒动载作用下,沥青各层的3个方向应变响应均不相同,沥青下面层底面的横向拉应变数值最大;以车辆前轴和中、后轴车轮的路面疲劳损伤度代替其他轴的路面疲劳损伤度,预估路面疲劳寿命分别为2.813×1011和1.037×1011,相对于以车辆前轴和中、后轴车轮的路面疲劳损伤度,一起预估路面疲劳寿命分别增大114.08%和减小21.08%。该研究可为路面结构的设计与路面寿命评估提供参考依据。     

钢管混凝土柔性系杆拱桥施工阶段的静力计算分析

以某大桥为工程背景,采用空间有限元分析方法,对下承式钢管混凝土简支柔性系杆拱桥进行了施工阶段的静力分析与计算;介绍了该类型桥梁结构施工阶段有限元模型的建模要点及其边界条件,并分析了拱肋的位移、应力以及吊杆、系杆的拉力等随施工阶段变化的规律.计算结果表明,该施工阶段静力计算方法较为符合简支拱桥各个施工阶段的受力特点,是可行的,其计算结果可以作为施工监测分析的重要参考.     

大跨度钢管混凝土拱桥地震响应分析

利用有限元法建立大跨度钢管混凝土拱桥的结构模型,计算其自振性能,应用时程分析法,计算该桥考虑吊杆张力和拱肋初始应力影响的动力特性和地震响应,并与不计吊杆张力和拱肋初应力影响的桥梁动力特性和地震响应进行了比较,分析了该拱桥的结构抗震反应.结果表明,初始应力对于拱肋的力学性能影响不大,并满足设计要求,本桥抗震性能良好.