钢结构桥梁疲劳2019年度研究进展

钢结构桥梁具有轻质、高强、跨越能力大、易工厂化制造和便于装配化施工等突出优点,是未来一段时期中国桥梁工程的重要发展方向。但由于服役环境、荷载条件和交通需求、结构体系和构造细节设计等诸多因素的影响,其疲劳问题突出,已成为制约钢结构桥梁可持续发展的世界性难题。作为桥梁工程的热点研究课题,学者们在钢结构桥梁疲劳领域进行了卓有成效的研究,现聚焦钢结构桥梁疲劳损伤演化与服役性能劣化机理、钢结构桥梁疲劳抗力评估与预测、钢结构桥梁疲劳裂纹监测与检测方法、疲劳开裂加固与维护技术等方面,对2019年度的研究进展和下阶段的研究重点进行扼要的梳理和总结。分析了钢结构桥梁疲劳关键问题研究方面的挑战,具体讨论了在钢结构桥梁疲劳失效机制、疲劳抗力评估新理论新方法、疲劳损伤智能监测与检测和疲劳开裂加固关键技术等方面开展深入研究的迫切需求和主要问题。     

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。     

FRP筋体外预应力混凝土梁的疲劳性能研究

随着FRP筋体外预应力技术在桥梁建设、结构加固等方面的应用逐步增大,有必要对于FRP筋体外预应力混凝土梁的疲劳性能进行研究．在试验的基础上,对该种结构的疲劳损伤机理与疲劳寿命预测进行了研究分析,并提出了抗疲劳设计的若干建议．     

TRIP汽车钢板的高周疲劳性能

对TRIP钢板进行了一系列高周疲劳试验,对800MPa强度级别的TRIP钢的疲劳极限、疲劳寿命系数进行了研究,并与同强度级别的DP钢板进行了对比。分析了TRIP钢疲劳断口的显微组织以及TRIP效应对TRIP钢疲劳性能的影响。结果表明:TRIP效应对钢的疲劳抗力有所贡献,在循环基数为107次下,TRIP钢的疲劳极限值明显高于DP钢,拥有更高的抗疲劳性能,TRIP钢疲劳裂纹源与疲劳区有明显韧性断裂特征。     

正交异性板疲劳分析及构造细节改进设想

针对正交异性钢桥面板疲劳开裂的普遍现象,对正交异性钢桥面板疲劳构造细节进行分析,重点讨论了几种典型的疲劳裂纹易发生部位及其失效模式.根据现场实测轴载谱,利用有限元软件对某实桥典型疲劳细节的疲劳寿命进行了计算.分析结果表明:按照国外规范计算,该桥疲劳验算点寿命能够满足要求,但是按照该桥实测轴载进行疲劳验算,纵肋对接焊缝、纵肋与顶板焊缝细节则均不能够满足要求.为提高正交异形板抗疲劳性能,需减少焊缝或提高焊缝抗力,并提出了两种新的构造细节的改进设想.     

高耸高层钢结构焊缝疲劳劣化机理与寿命预测研究评析

高耸高层钢结构焊缝在风和地震作用下的疲劳裂纹萌生和扩展是一种危及结构安全甚至引起结构倒塌的钢结构重要破坏形式,已经引起国际土木工程领域的关心和重视.高耸高层钢结构焊缝多轴高周弹性应力疲劳和多轴低周塑性应变疲劳劣化机理和寿命预测的研究现状是:1)焊缝应力和应变演化过程分析;2)焊缝疲劳损伤表征;3)焊缝疲劳寿命预测与设计方法.在此基础上指出未来的主要研究方向,包括:1)焊缝多尺度应力和应变状态模拟方法;2)焊接残余应力场的产生机理、分布模式和松弛规律;3)焊缝等效疲劳损伤参量的数力学表征;4)焊缝疲劳劣化机理;5)焊缝疲劳寿命预测方法.研究结果可为高耸高层钢结构焊缝疲劳劣化机理与寿命预测研究提供参考.     

既有工业厂房钢吊车梁疲劳性能预后分析

为更好地理解工业厂房钢结构的疲劳性能衰退机理,有效预防结构发生脆性断裂,发展了面向既有工业厂房钢结构的疲劳性能预后分析方法.基于跨尺度界面功平衡原理建立了工业厂房钢结构疲劳损伤多尺度模型,量化了结构既有缺陷引起的损伤,研究了工业厂房钢结构关键构件——钢吊车梁的疲劳损伤演化和复合型疲劳裂纹扩展过程.疲劳预后分析结果表明:钢吊车梁焊缝区域的损伤在初始阶段增长较为缓慢,后期急剧加快,论证了工程中常用的线性Miner损伤准则会导致评估结果过于保守;变截面钢吊车梁的插板与封板连接处的焊缝区域最容易发生疲劳失效,本次研究的吊车梁裂纹深度a超过5 mm后,裂纹迅速扩展,应对其进行加固处理;主要易损部位的裂纹对其他易损部位的疲劳性能影响较大.     

岸桥金属结构裂纹扩展及疲劳寿命研究

通过抗疲劳设计的容积损伤设计理论,定量计入初始裂纹缺陷对疲劳寿命的影响,以裂纹的尺寸大小和裂纹扩展速率作为结构损伤大小的判据,来判定结构疲劳寿命和巡检周期.以岸边集装箱起重机（岸桥）金属结构为研究对象,进行具有初始裂纹的结构疲劳寿命分析,为机械设备的安全使用提供理论依据.     

FRP-混凝土组合桥面板疲劳性能研究综述

FRP-混凝土组合桥面板是由底部FRP型材和上部混凝土通过各种组合连接方式结合而成的新型桥面板形式,由于FRP材料所具有高强轻质、良好耐久性能和良好抗疲劳性能等特点,经合理设计的FRP-混凝土组合桥面板在桥梁上部结构工程应用中具有显著性能优势和广泛应用前景,逐渐受到工程界重视.FRP-混凝土组合桥面板的疲劳强度计算、疲劳刚度退化、疲劳寿命评估以及在疲劳荷载下的动力响应机制等疲劳受力行为是直接关系到FRP-混凝土组合桥面板工程应用的关键问题,亟待开展相关试验与理论研究.本文综述介绍了国内外FRP-混凝土组合桥面板及采用FRP-混凝土组合桥面板的组合梁桥的应用情况与疲劳性能研究现状,并对今后需要重点研究的问题提出了相关建议.     

海洋平台结构疲劳损伤与寿命预测方法

在系统地分析和总结国内外有关海洋工程结构的疲劳损伤及其寿命可靠性评估方法研究的基础上，提出了基于随机疲劳理论的海洋平台结构疲劳可靠性分析方法，以此作为结构疲劳理论发展的主要方向之一。在此方法中，结合海洋工程结构的特点，提出了疲劳应力范围分布模型的修正，将疲劳寿命划分为疲劳裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命两个阶段。采用体系可靠度理论，分析了结构疲劳全寿命及其可靠性，在后将此方法运用到中国南海某一平台结构，说明了该方法的实用性与简便性。     

高强度耐候钢及其在桥梁中的应用与前景

为了解高强度耐候钢的性能及其桥梁中的技术应用,首先总结当前国内外高强度耐候钢在桥梁工程应用的研究进展和成果,回顾了耐候钢技术的发展历程. 然后,分析了高强度耐候钢的腐蚀机理、腐蚀环境、抗腐蚀性能以及各种腐蚀评估方法;归纳总结了高强度耐候钢的焊接性能,以及耐候钢的腐蚀疲劳性能与评估方法. 最后,阐述了高强度耐候钢在国内外桥梁工程中的应用以及中国高强度耐候钢的试验状况. 分析结果表明:虽然中国的耐候钢技术有较大发展,但中国的耐候钢桥梁技术还处于萌芽阶段;耐候钢桥梁在腐蚀作用下的强度、稳定和疲劳问题将成为今后的研究方向;关键部位采用新焊接技术可保证耐候钢桥梁的疲劳强度;中国高强度耐候钢未腐蚀状态下的疲劳和力学性能满足桥梁建设要求,腐蚀状态下高强度耐候钢的疲劳性能和力学性能有待深入研究;基于电化学腐蚀和断裂力学的腐蚀疲劳模型可用于高强度耐候钢的腐蚀疲劳寿命评估.     

钢桥2020年度研究进展

为促进钢桥技术的发展,系统梳理了近年来国内外钢桥领域的研究热点与前沿。首先,回顾了中国大型钢桥2020年的重要建设成就与技术进步,然后分别对钢桥领域主要研究方向取得的最新进展进行系统总结,同时,对钢桥领域各方面做出的诸多具有开创性意义的工作进行详细介绍,以期对钢桥领域的工程应用与学术研究提供主要信息与借鉴。     

钢混组合结构桥梁2019年度研究进展

钢-混凝土组合结构是土木工程中一种主要组合结构，能充分发挥混凝土和钢材的性能，可作为一种可持续发展的桥梁结构。近年来，随着绿色建造以及可持续建造理念的普及，钢-混组合结构桥梁在公路、铁路桥梁中所占比例逐步提高，学者们从多个方面开展了对钢-混组合结构桥梁的科学研究和工程应用。为了促进对该结构更加全面、深入的研究，指导钢-混凝组合结构在桥梁建设中更切合实际的应用与推广，对2019年度钢-混组合结构整体力学行为、钢-混组合结构剪力键、钢-UHPC组合结构、钢管混凝土结构及波形钢腹板-混凝土组合结构5个方面的最新研究进行梳理与总结，并对未来钢-混组合结构研究热点和方向进行展望。     

预制装配式混凝土桥梁结构2020年度研究进展

预制装配式桥梁凭借施工质量好、对环境的影响小、现场作业时间短、施工安全水平高等优势,已成为桥梁建设的重要发展方向。预制装配式混凝土桥梁既适合于交通复杂的城市道路桥梁,也适合于施工环境艰苦的铁路桥梁建设。通过文献调研的方式,梳理2020年度国内外预制装配式混凝土桥梁的研究进展。根据桥梁结构类型,从上部结构与下部结构两个方面论述了该领域内的新技术、新构造以及典型工程应用。经过粗略总结,在上部结构中,节点的连接构造、抗裂性能与耐久性得到了学者的广泛关注;在下部结构中,随着预制装配式体系在高烈度地震区桥梁中的应用,预制装配式桥墩的构造与抗震性能是目前的研究热点。下部结构的耐久性与抗裂性能仍有待提升。     

桥梁健康监测2019年度研究进展

桥梁健康监测系统利用通信传感设备远程记录运营中的结构持续响应,通过对信号数据的处理分析实现桥梁结构的实时预警与安全评估,从而达到保护结构正常运营、延长结构使用寿命、指导桥梁结构管养与维护决策的目的。桥梁健康监测技术作为桥梁工程领域新兴的分支,已逐渐成为一个热门研究方向。为了促进该领域研究进一步发展,指导健康监测系统在桥梁工程中更高效地应用,对桥梁健康监测系统的实施决策、传感器信号预处理、信号数据降噪处理、模态参数识别、有限元模型修正、损伤识别、状态预测与评估等关键技术方法的研究现状进行了详细介绍,并对2019年度内相关研究进展及应用进行了总结与评述,最终发现模式识别技术与机器学习方法正越来越广泛地应用到桥梁健康监测的研究中。     

桥梁健康监测2020年度研究进展

桥梁健康监测系统利用通讯传感设备远程记录运营中的结构持续响应,通过对信号数据的处理分析实现桥梁结构的实时预警与安全评估,从而达到保护结构正常运营、延长结构使用寿命、指导桥梁结构管养与维护决策的目的。桥梁健康监测技术作为桥梁工程领域新兴的分支,已逐渐成为一个热门研究方向。为了促进该领域研究进一步发展,指导健康监测系统在桥梁工程中更高效的应用,对桥梁健康监测系统的信号降噪、信号预警、模态参数识别、有限元模型修正、损伤识别、状态预测与评估等关键技术方法的研究现状进行了详细介绍,并对2020年度内相关研究进展及应用进行了总结与评述,最终发现机器学习方法正越来越广泛地应用到现阶段桥梁健康监测各项关键技术的研究中。     

桥梁施工监控2020年度研究进展

桥梁施工监控是桥梁施工技术的重要组成部分和确保桥梁施工质量的关键，也是桥梁建设的安全保证，已成为桥梁工程领域研究的重要内容。通过文献调研的方式，以“施工控制/监测/监控”“施工控制理论/方法”“施工监测系统”“智能监测”等为关键词，在Web of Science、Science Direct及中国知网上搜索、整理了2020年度发表的60余篇科研论文，主要对学者们在桥梁施工控制理论方法、施工控制参数识别和状态预测、桥梁施工监测系统与智能监测等方面取得的研究进展进行了归纳、梳理和总结，并对今后桥梁施工控制研究的热点进行了展望。     

桥梁信息化及智能桥梁2019年度研究进展

伴随全球科技创新呈现出的信息化、智能化发展趋势，传统桥梁工程的革新也迎来新的机遇，打造日趋智能化、高精度化的桥梁结构势必成为未来的发展方向，深刻变革桥梁设计、建造和养维护的全生命周期。为掌握该领域研究动态和发展趋势，从桥梁信息化、智能检测、高性能智能材料以及智能防灾减灾等方面，综述了2019年该领域研究现状，并对后续发展方向及研究重点进行展望。分析表明：BIM技术可以显著提高桥梁的生产效率、性能水平和建养管一体化水平，数字孪生概念随着5G技术的发展也逐渐引入桥梁管养领域；无人机、机器人等智能检测技术与计算机视觉、大数据、深度学习等智能算法使得桥梁检测手段不断丰富，检测精度和效率不断提高；高性能智能材料的研发应用为桥梁智能化发展提供了强大助力，人工智能技术的发展也为结构防灾和行车防灾带来新的思路。未来应围绕“桥梁信息化及智能桥梁”这个主题开展核心理论创新、技术装备攻关和工程示范应用，以更好地支撑国家重大发展战略、保障桥梁安全长寿。     

箱梁与缆索承重桥梁理论2019年度研究进展

以经典力学理论及有限单元法为主要研究手段,建立各类桥梁结构在各种工况下的解析（近似）解或数值解,探求各类桥梁结构的力学性能,是桥梁结构分析理论的研究范畴。近年来,随着如波形钢腹板箱梁桥、多塔斜拉桥、多塔悬索桥等新的结构形式的出现,桥梁结构分析理论中箱梁的空间分析理论及缆索承重桥梁分析理论两个传统课题取得了长足的进步。为了能够更好地适应当前桥梁建设形势,服务工程实践,回顾了相关研究,对文献内容进行分类分块报道,主要阐述了波形钢腹板箱梁理论、传统箱梁空间分析理论的拓展、多塔悬索桥中塔效应、缆索承重桥梁的极限承载力及钢-UHPC桥面系的相关研究成果,并引申探讨箱梁及缆索承重桥梁理论精细化分析方法存在的不足之处,总结相关的实际工程应用情况,对后续研究提出建议。