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。     

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。     

正交异性钢桥面板横隔板切口疲劳应力分析

以正交异性钢桥面板横隔板切口疲劳应力为研究对象,采用六种横隔板切口形式,以某钢箱梁桥为例,利用abaqus有限元分析软件分别建立三维板壳有限元模型。建模时对横隔板切口部位的网格进行细化,以确保计算结果足够精确。分析在最不利荷载作用下,横隔板切口部位产生的面内外应力对疲劳应力的影响。结果表明影响横隔板切口位置疲劳性能的主应力主要由面内应力决定的;日本采用的横隔板切口形式的切口尺寸最小,该细节受到到的面内应力最小,疲劳性能最好,为正交异性钢桥面板横隔板设计提供参考。     

正交异性钢桥面板受力特征研究

论述正交异性钢桥面板的结构受力特点,对易出现裂纹的构造受力情况进行分析。通过ANSYS有限元软件,分别对公路正交异性桥面和铁路正交异性桥面建立模型,在移动荷载作用下,对桥面的竖向变形、横隔板部位的面外变形,以及U肋与腹板交叉部位构造的应力变化规律进行分析。研究结果表明:弧形缺口处面外和面内的变形、U肋与面板、U肋与横隔板交叉焊缝的起焊点和弧形缺口部位的最小净截面处的应力是引起正交异性板疲劳的主要因素,其主要受相邻2个横隔板范围内荷载的影响;荷载在桥宽方向只影响与其相邻(左右两侧)的两个U肋的肋角应力。     

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。     

钢桥面板横隔板弧形开孔疲劳裂纹扩展三维数值模拟

文章针对正交异性钢桥面中横隔板弧形开孔处的典型疲劳开裂,基于线弹性断裂力学理论,采用ANSYS软件建立了三维裂纹扩展数值模拟方法。在此基础上,利用相互作用积分法计算得到的裂纹尖端应力强度因子K作为基本参量对该部位三维疲劳裂纹扩展特性进行研究。研究结果表明:正交异性钢桥面板横隔板弧形开孔处疲劳开裂以张开型开裂为主,同时随着疲劳裂纹扩展的不断进行,应力强度因子幅值不断增加,说明裂纹扩展速率也在加快;该处疲劳裂纹扩展到后期为穿透型疲劳裂纹,裂纹前缘趋于平齐。因此,对于横隔板弧形开孔处疲劳裂纹可以采用板单元进行二维疲劳裂纹扩展模拟,简化计算工作量,更高效进行后续研究工作。     

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。     

钢箱梁新型构造对横隔板弧形缺口部位疲劳应力影响研究

根据国内外钢箱梁的设计经验,选取3种不同的横隔板优化结构形式,通过有限元方法建立钢桥面板的空间有限元模型,计算U肋与横隔板连接焊缝末端和横隔板弧形缺口2种构造细节在车轮荷载作用下的应力幅值,得出不同横隔板优化结构形式对横隔板弧形缺口部位疲劳应力的影响。研究结果表明:设置横隔板间小横肋可有效降低两处构造细节的应力幅,但该优化结构对横隔板弧形缺口细节的影响较U肋与横隔板连接焊缝末端细节小;设置内隔板后两处构造细节的应力幅均有所下降,其中采用内隔板上缘距桥面板顶板20 mm、下缘距U肋与横隔板焊接末端20 mm的设计形式效果最佳;设置弧形缺口加劲肋对焊缝末端和弧形缺口两处构造细节的应力幅均有较大影响,减小了构造细节发生疲劳开裂的可能性。     

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。     

螺栓加强板对横隔板弧形切口的加固研究

为研究螺栓加强板对横隔板弧形切口的加固作用,通过现场监测随机车流下加固前和加固后的弧形切口的应力响应,获得了加固前和加固后的弧形切口应力谱。基于等效损伤原则获得加固前、后弧形切口构造细节的等效应力幅和加载次数,结合AASHTO规范开展了加固前、后弧形切口构造细节的疲劳评价。研究表明:横隔板弧形切口主要受面内应力影响,螺栓加强板增加了横隔板的厚度,明显降低了弧形切口的应力水平,横隔板厚度过薄是导致该桥弧形切口疲劳开裂的原因,螺栓加强板可以改善弧形切口的疲劳性能。     

城轨钢箱梁U肋正交异性钢桥面板疲劳应力的 正交化计算方法

针对城轨钢箱梁正交异性桥面板关键构造疲劳应力问题,基于有限元方法提出正交化计算方法。首先计算典型正交异性钢桥面构造疲劳应力在城轨A型车和B型车作用下的纵向影响范围及最不利加载位置,并分析减振垫、吊点横隔板、轨下纵梁和道床板等参数的影响。然后根据大量工程实桥设计参数统计提出轨道交通桥梁正交异性板钢箱梁基准计算模型,并建立基准计算模型的空间有限元模型,通过数值计算得到顶板厚度、横隔板高度、横隔板间距、轨下纵梁高度及2种常见开孔形式等关键设计参数的影响系数,基于正交化方法提出不同设计参数条件下正交异性桥面板结构细节的疲劳应力计算公式。最后通过算例验证了正交化计算方法的可靠性和适用性。结果表明:城轨A型车在疲劳荷载作用下结构受力最不利; 轨下纵梁刚度对疲劳应力有显著影响。     

钢桥面横隔板弧形切口维修加固与寿命评估

正交异性钢桥面板弧形切口在使用中经常发生开裂,不合理的弧形切口设计导致的应力集中是产生疲劳开裂的主要原因。热切割改进弧形切口能有效地降低横隔板所受车载应力,但过程中会产生高水平的残余应力影响疲劳寿命。为此,提出了热维护+冷维护的疲劳维护方案,以热切割优化改进切口,并在纵肋与横隔板连接处粘贴钢板加固。采用ABAQUS软件建立钢箱梁节段模型计算维护前后车载应力,开展热切割残余应力测试试验,并通过数值模拟分析热切割弧形切口切向残余应力分布规律,基于钢材的本构模型对车载应力与热切割残余应力进行耦合,结合实测交通数据、采用线疲劳累计损伤理论计算了考虑热切割残余应力影响的弧形切口疲劳寿命,并对比分析了不同维护方案的效果。结果表明：采用热切割改进弧形切口后可明显改善应力集中问题,车辆荷载作用下的压应力峰值降低50%;但改进弧形切口会产生高水平的残余应力,显著影响其疲劳性能,疲劳寿命仅为67.75年,低于桥梁设计使用寿命;在改进切口上粘贴钢板进行冷维护,可进一步减小弧形切口的车载应力峰值,双面粘贴10mm钢板应力峰值降低79%,并显著增加其疲劳寿命;当采用相同厚度的补强钢板时,单面粘贴的疲劳维护效果优...     

大纵肋正交异性组合桥面板混凝土结构层的有效宽度研究

大纵肋正交异性钢桥面板在疲劳性能和经济性等方面具有突出优势,但局部强度不足的问题突出,在钢桥面板上设置混凝土结构层而发展的大纵肋正交异性组合桥面板,是有效改善新型大纵肋正交异性钢桥面板关键疲劳易损部位抗疲劳性能的新型结构体系。大纵肋正交异性组合桥面板在剪力滞效应的影响下,混凝土层纵向应力沿横向分布不均匀,有效宽度是该类结构设计和计算的基本参数。文章建立大纵肋正交异性组合桥面板参数化有限元模型,研究荷载形式、刚性铺装厚度、刚性铺装材料强度、跨中横隔板等因素对混凝土结构层在弹性极限状态下有效宽度的影响。研究结果表明:在不同的加载模式下,有效宽度沿梁跨表现出不同的变化规律;混凝土强度等级和混凝土厚度对有效宽度的影响不显著;跨中设置横隔板能够在一定程度上改善横隔板附近区域混凝土结构层的剪力滞效应。     

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...     

钢箱梁横隔板疲劳裂纹特征与实桥试验的轮载应力

弧形切口处横隔板母材开裂是正交异性桥面板钢箱梁常见的疲劳病害。因研究方法的局限性,对其疲劳机理尚缺乏公认的认识。对此,考察并给出了两个背景工程的横隔板疲劳裂纹特征;针对无裂纹横隔板,进行了现场多种纵横向移动布载工况的轮载试验及相应的FEA计算,给出了结果及其规律。研究表明：①横隔板母材开裂常出现在远离U肋的上起弧点附近;开裂后,裂纹两侧的横隔板常有平面外的错动;②远离U肋的上起弧点附近横隔板的轮载应力始终为压应力,且应力绝对值最大;与U肋交界附近横隔板的轮载应力始终为拉应力,应力值次之;③横隔板平面外弯曲变形引起的应力相对膜应力很小,特别是弧形切口周边的潜在起裂处,两表面应力差几乎为0;④横隔板母材起裂处的压应力方向与裂纹方向几乎垂直;⑤顶板厚16mm、U肋厚10mm的背景工程,紧邻横隔板的U肋轮载应力不超过22MPa,应力幅小,几乎无疲劳开裂风险;⑥弧形切口周边轮载应力的最不利纵向加载位置为纵向距该横隔板约1倍的U肋间距;稍远处轮载应力的最不利纵向加载位置为其正上方。     

正交异性钢桥面板横隔板切口疲劳应力幅分析

建立全桥模型和简化的钢桥面板局部节段模型,通过子模型法插值得到横隔板疲劳细节模型的边界条件,计算不同车轮横向分布对应的疲劳细节局部应力,研究横隔板参数变化对横隔板疲劳细节损伤的影响。结果表明:混合单元模型与钢桥面板简化模型对应的应力幅相差小于5.0%,采用钢桥面板简化模型分析横隔板疲劳细节受力简单合理。横隔板疲劳细节在车轮偏离中心位置150 mm时应力幅最大,随着车轮偏离中心位置距离的增大,应力幅下降明显。横隔板间距增大,横隔板疲劳细节应力幅上升,增加横隔板厚度可有效改善其疲劳受力性状。     

单向预应力UHPC连续箱梁桥面体系优化设计研究

为方便布置体内预应力束和进一步改善桥面板受力状态,对大跨单向预应力UHPC (Ultra-high Performance Concrete)连续箱梁桥的桥面体系进行优化设计,提出新型正交异性UHPC矮肋板桥面体系方案。以广东省某桥为工程背景,进行了基于正交异性UHPC矮肋板桥面体系方案的UHPC箱梁结构试设计并开展相关的试验研究。结果表明：①与矩形桥面板方案相比,优化的正交异性UHPC箱梁矮肋板桥面体系自重可减少17.0%,并可在矮肋板纵肋处方便地布置体内束;与华夫桥面板方案相比,可在不明显增加桥面体系自重的前提下,大幅减小桥面板的纵向应力,降幅可达46.8%;②基于正交异性UHPC矮肋板桥面体系的UHPC箱梁方案试设计整体计算满足受力要求,桥面体系计算中标准组合作用下桥面板最大纵向拉应力2.66MPa,横隔板最大横向应力6.09MPa;③试验及计算结果表明,矮肋板试件初裂名义应力8.84MPa,抗裂设计名义应力限值10.70MPa,UHPC箱梁横隔板上弦板底面横向应力达到8.43MPa时仍处于线弹性受力阶段,表明试设计方案能满足设计要求。     

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。     

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。