横隔板缺口形式对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响研究

以梯形及矩形截面形状的纵向加劲肋组合3种缺口类型的横隔板,建立正交异性闭口加劲钢桥面板有限元实体模型进行加载,用ANSYS程序计算分析了横隔板不同缺口形式的正交异性钢桥面板力学性能、正交异性钢桥面板、纵肋、横隔板三者连接处的应力状态以及不同缺口形式的正交异性钢桥面板疲劳性能,研究了横隔板缺口形式对正交异性钢桥面板静力力学性能以及疲劳性能的影响。     

正交异性钢桥面板结构体系的疲劳破坏模式和抗力评估

正交异性钢桥面板的疲劳问题属于包含多疲劳破坏模式的结构体系疲劳问题。基于这一本质特性,以典型的正交异性钢桥面板结构体系为研究对象,由结构体系的主导疲劳破坏模式出发,提出正交异性钢桥面板结构体系疲劳抗力评估的新方法。以纵肋与顶板焊接细节和纵肋与横隔板交叉构造细节为主要研究对象,设计8个足尺节段模型,主要包括传统纵肋与顶板焊接细节、新型镦边纵肋与顶板焊接细节和纵肋与横隔板交叉构造细节,通过模型试验研究了两类重要构造细节的主导疲劳破坏模式和实际疲劳抗力,在此基础上结合切口应力评估方法探讨正交异性钢桥面板构造细节切口应力S-N曲线方程、结构体系的主导疲劳破坏模式等关键问题。研究结果表明：传统纵肋与顶板焊接细节和新型镦边纵肋与顶板焊接细节的主导疲劳破坏模式均为疲劳裂纹萌生于焊根并沿顶板厚度方向扩展,二者的实际疲劳抗力基本相同;纵肋与横隔板交叉构造细节的疲劳破坏模式为焊趾开裂沿纵肋腹板方向扩展;对于研究对象而言,萌生于纵肋与顶板焊接细节焊根并沿顶板厚度方向扩展的疲劳破坏模式为控制结构体系疲劳抗力的主导疲劳破坏模式。     

大纵肋正交异性钢—RPC组合桥面板有效宽度分析

应用ANSYS进行有限元模型的建立,对大纵肋正交异性钢—RPC组合桥面板翼板的有效宽度影响因素进行分析,研究各个因素对其有效宽度的影响规律。结果表明:宽跨比、荷载类型、沿跨方向对其有效宽度的影响比较大。     

正交异性钢桥面板U形肋与横隔板连接处弧形缺口几何参数优化研究

纵肋与横肋交叉连接处弧形缺口的疲劳裂纹是钢箱梁正交异性钢桥面板最典型的疲劳裂纹之一。该部位受力复杂,欧洲、日本和美国规范基于不同的侧重点,针对该构造细节的设计建议差别较大。通过精细化的有限元计算,对钢箱梁正交异性钢桥面板U形肋与横隔板交叉连接部位横隔板腹板上弧形缺口的形状、弧形缺口高度等进行参数分析,比较横隔板腹板上弧形缺口构造细节的合理性,选定最优设计几何参数。     

轻型组合桥面板球扁钢纵肋-横隔板连接细节局部应力分析

为降低正交异性钢桥面板疲劳开裂的风险,提出带球扁钢纵肋的轻型组合桥面板方案。以洞庭湖二桥轻型组合桥面板为工程背景,建立钢桁梁局部有限元模型和球扁纵肋-横隔板连接细节的子模型,并基于热点应力法,对横隔板上开孔孔型和厚度进行了参数分析。研究表明：球扁纵肋-横隔板连接处3个典型疲劳细节的疲劳性能受横隔板厚度影响显著|综合比较,苹果型开孔的疲劳性能最优。为进一步验证轻型组合桥面板的球扁钢纵肋-横隔板连接处3个细节的疲劳性能,开展了足尺模型疲劳试验,试验模型采用16mm厚带苹果型开孔的横隔板设计。疲劳试验中,控制细节（横隔板切口自由边缘）的应力幅为90.6MPa,历经250万次循环加载后,试验模型中典型疲劳细节均未出现疲劳裂纹。这表明,带球扁钢纵肋的轻型组合桥面板关键细节的疲劳性能良好,能满足洞庭湖二桥的工程要求。     

深圳至中山跨江通道钢桥面板结构疲劳试验研究

正交异性钢桥面板的疲劳开裂问题是制约桥梁工程可持续发展的关键难题,亟需发展具有高疲劳抗力特性的正交异性钢桥面板结构。依托深圳至中山跨江通道项目,在钢桥面板结构中同时引入纵肋与顶板新型双面焊构造细节和纵肋与横隔板新型交叉构造细节两类构造细节,设计9个足尺节段模型,通过模型试验确定了纵肋与顶板传统单面焊构造细节和新型双面焊构造细节、纵肋与横隔板传统交叉构造细节和新型交叉构造细节的疲劳开裂模式和实际疲劳抗力;采用扫描电子显微镜(SEM)确定了不同制造工艺条件下纵肋与顶板焊接细节的初始制造缺陷尺度;采用等效结构应力法确定了两类细节各疲劳开裂模式的疲劳抗力。研究结果表明：纵肋与顶板传统单面焊构造细节的疲劳裂纹起裂于顶板焊根并沿顶板厚度方向扩展,其疲劳抗力为95.1～98.7MPa,新型双面焊构造细节的疲劳裂纹起裂于顶板内侧焊趾并沿顶板厚度方向扩展,其疲劳抗力为108.5～123.2MPa,且在相同加载条件下,双面埋弧焊构造细节的疲劳抗力高于双面焊气体保护焊构造细节的疲劳抗力;传统单面焊构造细节焊根的初始制造缺陷尺度显著大于新型双面焊构造细节焊趾的初始制造缺陷尺度,且双面埋弧焊的初始制造缺陷尺度小于双面气体保护焊的初始制造缺陷尺度,初始制造缺陷尺度的差异是不同制造工艺条件下纵肋与顶板焊接细节疲劳抗力存在差异的主要原因;纵肋与横隔板传统交叉构造细节的疲劳裂纹起裂于纵肋腹板焊缝端部焊趾并沿纵肋腹板扩展,新型交叉构造细节的疲劳裂纹起裂于纵肋底板焊缝端部焊趾并沿纵肋底板扩展,两类构造细节的起裂次数基本一致,但新型构造细节的疲劳裂纹扩展速率远低于传统构造细节的疲劳裂纹扩展速率;纵肋与顶板焊接构造细节和纵肋与横隔板交叉构造细节各疲劳开裂模式的实际疲劳抗力基本位于主S-N曲线±2σ之间。     

对正交异性钢桥面板构造抗疲劳设计方法的分析

国内近年来正交异性整体钢桥面体系不仅在公路钢桥,而且在铁路钢桥上得到大量的应用。首先介绍国内对正交异性钢桥面板应用的总体情况,包括还在建造和设计中的一些新桥。对正交异性钢桥面板疲劳构造细节进行分析,重点分析疲劳裂纹易发生部位和形成的原因。根据分析结果,设计出经简化且能包络实际受力最不利状态的试件进行疲劳试验。所涉及的构造细节包括桥梁实际工艺下的U肋与桥面板焊缝、U肋与横隔板之间有过焊孔和没有过焊孔时横隔板与桥面板焊缝、U肋嵌补段焊缝、U肋与横隔板之间挖孔焊缝,共计有6个构造细节。提出采用准热点应力统计方法确定正交异性钢桥面板构造细节名义应力的观点,对制定抗疲劳设计方法的研究技术路线作出归纳,进而提出正交异性钢桥面板疲劳设计方法的建议。     

宽箱多室组合折腹简支梁桥剪力滞效应分析

为揭示宽箱三室组合折腹简支箱梁桥剪力滞效应,通过空间实体有限元模拟计算,探讨了不同边界和荷载条件下剪力滞系数沿桥面板纵横向的分布规律及主要影响因素,提出宽箱三室组合折腹简支箱梁有效宽度实用计算方法。研究结果表明:简支梁集中荷载下剪力滞效应主要分布在加载点位置;顶板内外侧腹板处剪力滞相差不大,但底板外腹板处剪力滞明显大于内腹板,且底板剪力滞系数大于顶板;宽跨比为影响剪力滞效应的主要因素,顶板悬翼比、内外箱室间距、横隔板数量均在一定范围内影响剪力滞系数;并拟合得到有效宽度系数实用计算方法,为组合折腹简支箱梁桥设计提供参考。     

大尺寸纵肋顶板-U肋构造细节的受力分析

为研究正交异性钢桥面板横隔板无外切口大尺寸U肋-顶板焊接构造细节的疲劳性能,建立有限元模型,计算得到该构造细节在轮载作用下的应力随轮载位置变化的规律和相应应力幅,并与传统尺寸正交异性钢桥面板的受力情况进行对比。研究表明:大尺寸U肋正交异性钢桥面板的应力影响线较长,受力性能与传统正交异性钢桥面板有差别;当轮载作用在U肋上方面板的面积越多时,构造细节的应力越大;构造细节面板处的面外弯曲应力较大,而U肋腹板处的面外应力很小。     

公轨两用钢桁梁斜拉桥桥面系横隔板疲劳性能分析

传统正交异性钢桥面板中横隔板与U肋交叉处疲劳损伤严重,公轨两用钢桁梁斜拉桥的板桁组合桥面系上横梁横隔板与上弦杆相接处存在与该构造细节类似的情况.本文基于空间板壳有限元模型,对板桁组合桥面系三个不同位置的横隔板与上弦杆相接处进行疲劳计算,研究其疲劳性能.计算结果表明,该处结构细节的剪应力幅主要由公路荷载引起,正应力幅主要...     

轻型组合桥面板的疲劳性能研究

疲劳性能是钢桥面板设计的主要关注点,为研究轻型组合桥面板的疲劳性能,以广东虎门大桥为背景,建立局部有限元模型,利用热点应力法,对不同厚度超高性能混凝土(UHPC)层情形下,钢桥面典型易疲劳开裂细节,进行应力幅计算。然后,对采用45mm厚UHPC层的轻型组合桥面板进行UHPC层及栓钉应力(剪力)分析,并依据前人和二次疲劳足尺模型试验对UHPC层的抗弯拉疲劳性能进行评价。研究结果表明:轻型组合桥面板中UHPC层对于钢面板与纵肋连接细节,应力幅改善作用很大,而对其余细节,其改善程度相对较小;采用45mm厚UHPC层时,前者应力降幅高达51%~82%,后者降幅为21%~28%;面板与纵肋连接细节、纵肋对接细节及横隔板弧形切口细节的疲劳开裂风险可完全消除;UHPC层峰值拉应力为11.91MPa,两次疲劳试验表明其抗弯拉疲劳性能远超虎门大桥的要求。     

横隔板厚度和间距对钢桥面板疲劳应力幅的影响

根据国内外钢箱梁的研究成果,基于某大跨径斜拉桥,分别建立以横隔板厚度和间距参数变化的三维钢箱梁板壳有限元模型A和B,分析了横隔板厚度和间距对正交异性钢桥面板典型构造细节疲劳应力幅的影响,与国内外规范进行了比较研究。研究结果表明:横隔板厚度和间距对U形肋现场对接焊缝处基本没有影响,但对其他各构造细节的疲劳应力幅均有一定影响;欧洲规范对横隔板厚度不小于10mm和间距取2.5~3.5m的建议较合理,值得借鉴。     

正交异性钢桥面板纵肋与桥面板连接细节的疲劳评估及修复措施

正交异性钢桥面板由于具有自重轻、极限承载力大等优点目前广泛应用于大、中跨径桥梁中,我国已建和在建的大跨径桥梁也大多采用正交异性钢桥面板.但由于正交异性钢桥面板结构构造复杂,受焊接残余应力影响大,钢桥面板直接位于车轮荷载的作用下,一些构造细节处极易发生疲劳开裂.以国内某大桥正交异性钢桥面板为例,针对纵肋与桥面板之间的疲劳...     

正交异性钢桥面板结构加工技术工艺

<正>交异性钢桥面板是钢结构桥梁的重要结构件,正交异性钢桥面板由钢板、U肋和横隔板组成。以钢箱梁正交异性钢桥面板为例,介绍正交异性钢桥面板结构特点和组拼、焊接及工地连接工艺特点,探讨在目前焊接和组装工艺条件下,延长正交异性钢桥面板使用寿命的加工技术和工艺。     

正交异性钢箱梁桥面超薄高性能混凝土铺装施工技术

<正>通过对海河大桥正交异性钢桥面板疲劳裂纹进行实地调查,发现由于正交异性钢桥面板刚度较小、应力集中,引起了局部变形,钢桥面铺装及正交异性板钢和焊缝有不同程度开裂。针对海河大桥的病害,湖南大学研究成功的超高性能混凝土材料可用于其加固技术,采用桥面板局部刚度加强的维修方法,可改善钢箱梁和桥面铺装的局部受力,提高抗疲劳性能。海河大桥钢桥面铺装可     

新型钢-UHPC组合桥面板抗弯承载力模型试验与理论分析方法

为综合解决正交异性钢桥面板疲劳开裂和桥面铺装易损两大难题,提出一种由波形顶板、超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete,UHPC)结构层和改进螺旋线(modified clothoide,MCL)形组合销所构成的新型波形顶板-UHPC组合桥面结构.设计2类共12个足尺模型,对所提出...     

正交异性钢桥面板疲劳问题的研究

疲劳将会使钢桥的使用寿命大大缩短,因而在设计、制造、架设及后期维护中需要时刻关注钢桥在细部构造中可能出现的疲劳问题。采用ANSYS大型通用有限元软件对钢箱梁正交异性钢桥面板进行了数值模拟,研究了横隔板与U肋焊缝交叉处的应力状态。结果表明:横隔板厚度对应力的影响显著,对疲劳裂纹的产生也有较大的影响。     

桥面铺装对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响效应研究

为研究桥面铺装温度、表面不平顺度及车速等关键因素对正交异性钢桥面板纵肋与顶板焊接细节疲劳损伤的影响,提出考虑铺装层效应的车桥耦合动力模型,并采用健康监测实测数据对所提出的理论模型进行验证。在此基础上,以珠江口某超大跨径悬索桥正交异性钢桥面板为研究对象,量化各关键影响因素对其纵肋与顶板焊接细节的疲劳损伤累积效应的影响,并确定关键参数对疲劳损伤动力放大系数。研究结果表明:车桥耦合动力模型可以用于铺装层温度和车速等关键影响因素对疲劳损伤的影响效应;当桥面铺装温度为70℃且路面状况较差时,实际疲劳损伤为传统分析方法所得疲劳损伤的2. 5倍;该悬索桥正交异性钢桥面板在夏季最高气温时,钢桥面板实际疲劳损伤为基于传统分析方法所得疲劳损伤的2. 25倍,夏季某天平均的实际疲劳损伤为传统方法分析所得的1. 48倍;冬季某天平均的实际疲劳损伤为传统方法分析所得的0. 77。     

某悬索桥钢箱梁疲劳病害及处治方法研究

针对柔性铺装正交异性钢桥面板的疲劳病害难以克服、横隔板弧形切口处疲劳裂纹主要由面外变形所致等认知问题以及横隔板疲劳裂纹的合理处治方法,以某悬索桥为工程背景,通过构造尺寸、运营荷载、疲劳病害等信息的汇集,移动轮载横隔板应力及其规律分析,以及横隔板疲劳裂纹处治方案比较研究,得到以下结论：①柔性铺装正交异性桥面板采用合理的结构形式与构造细节,可确保其通常运营荷载下的疲劳寿命|②横隔板弧形切口部位轮载应力主要为面内应力,该区域疲劳开裂主要原因为面外变形的传统结论值得商榷|③弧形切口区域轮载应力幅最大加载位置为纵向距关注横隔板0.3m,横向位于横隔板关注锯齿块正上方|④轮载对弧形切口处应力幅的影响范围为：纵向两端各1.5倍横隔板间距,横向两侧各2.0倍U肋间距|⑤横隔板疲劳裂纹处治可采用“优化弧形切口”或“优化弧形切口+双面补强钢板”方法,且弧形切口和补强钢板形状可全桥统一。     

U肋与横隔板连接疲劳开裂加固手孔开设方法初探

受复杂焊接构造形式和受力特性的影响,U肋与横隔板连接疲劳开裂表现出多发性、早发性、再现性的特点,严重影响了正交异性钢桥面板的正常使用性能。为保证正交异性钢桥面板的安全使用,合理延长其使用寿命,国内外学者针对该连接构造细节的加固方法展开了大量的理论和实验研究。但受实际条件和加固操作空间的限制,提出的各种加固方法在实桥中的应用仍面临着可行性的难题。文章在现有的U肋横隔板连接疲劳开裂局部加固方法的基础上,提出了一种在实桥中具备可操作性的加固方法。并结合有限元方法对该加固方法进行了深入的分析,研究成果对正交异性钢桥面板的设计、检测、加固有一定的指导意义。