基于车辆荷载的锈损公路桥梁疲劳性能试验研究

采用湿盐砂锈蚀方法获得腐蚀环境钢筋混凝土劣化试件,选取与车辆荷载作用下公路桥梁实际承受的疲劳应力水平,通过8根锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲疲劳试验,分析了锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳破坏形态及应力水平和钢筋锈蚀率对梁疲劳性能的影响规律。试验结果表明,锈蚀梁的疲劳破坏形态为主筋脆性断裂;在设计应力水平作用下,疲劳加载满足规范200万次要求;在桥梁实际应力水平作用下,未锈蚀试验梁的平均疲劳寿命较规范值减少6.71%;锈蚀较严重的试验梁疲劳寿命较规范值减少13.57%,较同应力水平的未锈蚀梁疲劳寿命减少42.54%,锈蚀对试验梁的疲劳寿命影响显著。随着疲劳循环次数的增加,锈蚀梁钢筋内部出现疲劳损伤、抗弯刚度逐渐退化,混凝土残余应变累积,裂缝演变基本符合快速增加、稳定发展、急剧变化的“三阶段”发展规律。根据试验结果,建立S-N疲劳寿命方程,提出了锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命计算方法,研究结果为桥梁结构疲劳性能评估提供理论依据。     

索承式桥梁吊索钢丝腐蚀疲劳寿命评估

根据吊索镀锌钢丝腐蚀疲劳破坏特点,把镀锌钢丝腐蚀疲劳纹形成和扩展过程分解成镀锌层腐蚀失效、蚀坑萌生、蚀坑形成、短裂纹扩展、长裂纹扩展和断裂破坏等阶段,建立各阶段时间表达式,得到镀锌钢丝疲劳寿命表达式,提出基于断裂力学的吊索钢丝腐蚀疲劳寿命评估研究结果方法。通过算例分析复杂运营条件下腐蚀环境和应力幅等因素对吊索钢丝腐蚀疲劳寿命的影响,研究结果表明:吊索钢丝腐蚀疲劳寿命主要由钢丝镀锌层腐蚀、蚀坑发展和短裂纹扩展等3个阶段组成,为了准确地评估吊索腐蚀疲劳寿命,需要掌握大桥的运营环境和交通荷载。     

半刚性基层沥青路面疲劳裂缝扩展与寿命预估研究

以疲劳断裂力学理论和材料试验为基础,对半刚性基层沥青路面裂缝的扩展行为进行系统研究,分析了裂缝尖端的应力强度因子变化规律和偏荷载作用下各影响因素对疲劳寿命的影响;结合路面结构初始状态的荷载响应,回归得到了路面的疲劳寿命预估方程。结果表明,路面疲劳主要是由偏荷载作用于横向裂缝导致,疲劳寿命随面层整体模量和轴载增长而递减,随基层模量、路基模量、中面层厚度、基层厚度增长和车速而递增,随下面层厚度的增长先减后增。回归得到的疲劳寿命预估方程考虑的影响因素更加全面,为我国路面结构设计和科研提供了理论支持和补充。     

Q460D高强钢及其焊缝连接疲劳性能试验研究

在疲劳荷载作用下钢结构焊缝区易发生疲劳断裂,通过Q460D高强钢及其焊缝连接的疲劳性能试验研究,结合试验数据,拟合了Smax-N曲线预测其疲劳寿命,根据疲劳损伤理论分析了疲劳破坏程度,并通过断口形貌揭示了疲劳裂纹扩展规律。研究结果表明：Q460D母材具有较高的疲劳抗力;对接焊缝接头Smax-N的95%保证率曲线与ANSI/AISC 360-10的疲劳设计曲线吻合较好;GB 50017—2003的设计曲线能较好预估循环次数大于40万次以上十字接头的疲劳寿命。损伤指标能够较好地表征疲劳破坏过程中构件内部状态的变化,缺口系数越大,损伤发展越快。瞬断前裂纹扩展规律与损伤发展一致,随着损伤发展疲劳条带间距逐渐变大。     

砂岩巴西劈裂疲劳破坏过程中变形与强度特征的试验研究

 利用RMT–150B岩石力学多功能系统,对砂岩巴西劈裂疲劳破坏过程中的变形与强度特征进行试验研究。试验结果表明：常规劈裂试验峰值前的变形与单轴压缩的变形特征大致相同,可分为压密、弹性、屈服和破坏4个阶段;疲劳破坏完全受到常规劈裂全过程曲线的控制,破坏时的变形量与上限载荷(应力)在常规劈裂全过程曲线峰后对应的变形量相当;疲劳试验过程中的变形量(变形速率)与时间曲线类似蠕变特征曲线,可分为初期加速、等速和加速3个阶段;疲劳上限载荷(应力)比、抗拉疲劳强度与循环次数呈负相关,疲劳上限载荷(应力)比是影响岩石疲劳寿命主控因数,试样内部原微裂纹等缺陷分布特征对劈裂疲劳寿命影响显著;疲劳上限载荷(应力)比增加导致疲劳寿命降低,而破坏时拉伸变形基本保持不变。     

钢桥面-薄层CRRPC组合结构栓钉连接件抗剪疲劳性能研究

采用推出试验和弯曲疲劳试验,研究钢桥面板与薄层CRRPC铺装层间栓钉连接件抗剪疲劳性能。基于Von Mises材料破坏准则和双线性本构关系,对 推出试验模型进行有限元分析、静力试验和疲劳试验,得到不同加载比和界面联接方式下的滑移-加载循环次数曲线,以及栓钉连接件抗剪承载力;开展足 尺组合梁弯曲疲劳试验,考察组合桥面系统中栓钉整体抗剪疲劳性能。研究结果表明：加载比是影响栓钉抗剪疲劳寿命关键因素之一,对于推出疲劳试验, 加载比建议取0.4;钢板与CRRPC间的黏结效应是影响疲劳寿命另一重要因素,对于存在黏结效应的推出试件,在0.5的加载比下等效疲劳寿命可以达到92.2 万次,但无黏结时,疲劳寿命仅为16.9万次;控制栓钉间距是提高组合桥面抗剪疲劳性能的有效方式,在等效实桥应力幅下,即使钢板-CRRPC间不存在黏结 效应,栓钉布距为125mm×125mm,经过8888.9万次疲劳加载,组合梁界面仍没有发生疲劳破坏。     

武汉体育中心游泳馆屋顶网架结构风致疲劳性能分析

以武汉体育中心游泳馆屋顶网架结构为研究对象,分析其在随机风荷载作用下的疲劳损伤性能。先根据该结构风洞试验结果结合数值模拟得到作用在结构上的风荷载,再利用ANSYS对结构进行应变时程分析,通过雨流计数法进行应变循环历程统计,最后基于Miner损伤准则计算总累加损伤和估算疲劳寿命。据此编制了适用于网架结构疲劳分析的程序,可计算出所有杆件在不同工况下的风致疲劳损伤值和疲劳寿命。为了研究结构在损伤情况下的疲劳性能,分析获得了不同风向角下的易损杆件,假设这些杆件首先发生刚度降低,来分析结构完好、有损伤结构在设计风速和良态风速下的疲劳性能。结果表明:在设计风速下结构完好时,有杆件会发生疲劳损伤或破坏;随着结构刚度降低,发生疲劳损伤和破坏的杆件数量大幅增加;即使是在良态风速下,随着结构刚度降低,在100年建筑使用寿命内也出现了杆件疲劳损伤和破坏;对网架结构来说,特别是当结构有损伤服役时,风致疲劳是结构巨大安全隐患,应引起高度重视。     

桥梁拉索疲劳试验声压信号处理及疲劳破坏时刻判定研究

桥梁拉索疲劳破坏是在用桥梁发生安全事故的主要原因之一。拉索疲劳试验能获取成品索的疲劳寿命参数,对估计桥梁使用寿命,改良成品索设计方案有重要意义。疲劳试验周期长,采用人工巡检试验过程获取的信息有限,存在不能确定疲劳破坏时荷载循环次数的缺陷。采用录音笔记录试验中的声压信号,将峭度分析法引入疲劳破坏声音特征提取中,准确判定疲劳破坏时刻,丰富了拉索疲劳试验的意义。实际应用证明,所提出的方法切实有效。     

Fatigue evaluation of steel-concrete composite deck in steel truss bridge——A case study

An innovative composite deck system has recently been proposed for improved structural performance. To study the fatigue behavior of a steel-concrete composite bridge deck, we took a newly-constructed rail-cum-road steel truss bridge as a case study. The transverse stress history of the bridge deck near the main truss under the action of a standard fatigue vehicle was calculated using finite element analysis. Due to the fact that fatigue provision remains unavailable in the governing code of highway concrete bridges in China, a preliminary fatigue evaluation was conducted according to the fib Model Code. The results indicate that flexural failure of the bridge deck in the transverse negative bending moment region is the controlling fatigue failure mode. The fatigue life associated with the fatigue fracture of steel reinforcement is 56 years. However, while the top surface of the bridge deck concrete near the truss cracks after just six years, the bridge deck performs with fatigue cracks during most of its design service life. Although fatigue capacity is acceptable under design situations, overloading or understrength may increase its risk of failure. The method presented in this work can be applied to similar bridges for preliminary fatigue assessment.     

植筋搭接混凝土梁静力及疲劳受弯试验研究

为研究植筋锚固在混凝土构件受拉区的受力性能,进行了5根采用植筋技术进行受拉主筋搭接的钢筋混凝土梁受弯试验。其中3根试验梁先静力加载至60%设计荷载,卸载后再加载至破坏,2根试验梁承受2×106次疲劳荷载后再静力加载至破坏。静力试验结果表明,植筋搭接梁在加载再卸载后有较大的残余变形,反映了植筋胶及粘结界面的弹塑性特性。不同搭接长度的植筋搭接梁其抗弯刚度差异不大,但其开裂荷载和极限承载力却有较大差异。将植筋搭接梁的试验结果与块体试件植筋锚固单向拉拔试验的结果比较表明,在相同植筋条件下,梁式试件破坏时钢筋的应力远小于块体试件单向拉拔试件破坏时钢筋的应力。在梁底部纵筋搭接区范围有较多的交叉斜裂缝。这些现象表明基材的应力状态及植筋的混凝土保护层厚度对粘结锚固性能有很大影响。疲劳试验结果表明,在疲劳加载的早期裂缝就基本出齐,从5×105次至2×106次加载过程中裂缝发展不大,也没有新的裂缝产生。在本文的试验条件下,疲劳加载对梁的抗     

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。     

玄武岩纤维再生混凝土冻融后的弯曲疲劳特性

基于中国北方地区气候特点及混凝土路面的受力特征,研究冻融损伤对玄武岩纤维再生混凝土(BFRC)弯曲疲劳特性的影响。首先对BFRC采用快冻法进行冻融循环试验,研究BFRC的冻融损伤形貌、质量、相对动弹性模量和相对抗折强度的变化; 然后针对经历不同冻融循环次数后BFRC的弯曲疲劳特性进行了试验研究,分析了冻融循环次数与应力水平对BFRC疲劳寿命的影响规律; 最后基于两参数Weibull分布理论对BFRC的疲劳寿命进行分析,预测了不同失效概率下的疲劳寿命并建立了失效概率为0.05和0.5下的双对数疲劳方程。结果表明:随着冻融循环次数的增加,试件表面损伤程度和质量损失率逐渐增大,相对动弹性模量和相对抗折强度逐渐下降,当冻融循环达到225次时,BFRC的相对动弹性模量和相对抗折强度与冻融循环前相比分别下降了12.4%和35.1%; 随着冻融循环次数和应力水平的增加,弯曲疲劳寿命逐渐减小; BFRC经冻融循环后的弯曲疲劳寿命服从两参数Weibull分布,失效概率为0.5的预测疲劳寿命与试验所得平均疲劳寿命十分接近; 建立的双对数疲劳方程能较好地反映冻融后BFRC应力水平S与疲劳寿命N之间的关系,研究成果为BFRC在路面结构中的安全应用提供可靠依据。     

复杂焊接结构的疲劳问题探讨

从疲劳抗力评估、结构应力分析、断裂力学计算疲劳寿命、模型疲劳试验等几方面对复杂焊接结构的疲劳问题进行讨论和分析,提出针对验证结构抗疲劳设计的复杂焊接结构模型试验原则、疲劳失效准则和主要研究部位。     

重度疲劳开裂钢桥桥面的UHPC加固技术

武汉军山长江大桥在服役17年后,桥面板出现了严重的疲劳开裂问题,难以修补,为此提出一种钢桥面板不修补,上铺带横向钢板条的UHPC桥面加固方案。以军山长江大桥为研究背景,应用子模型技术对比计算了钢面板重度开裂时纯钢梁和加固后钢面板的应力状态;制作了双层钢筋网+UHPC的传统轻型组合桥面结构与钢板条+UHPC及三层钢筋网+UHPC两类新型加固结构,开展了横向抗弯静力试验及疲劳试验。研究结果表明：采用UHPC加固技术后,正交异性钢桥面的疲劳应力大幅度下降,其中钢面板-U肋焊趾处的横向拉应力沿纵、横桥向的分布降幅达78.8%～86.4%;UHPC拉应力方面,由于钢面板不修补,UHPC层下缘拉应力高达12.9MPa,UHPC层下缘布置80mm宽间距200mm的钢板条后,其底面名义开裂应力可达43.2MPa,远高于设计拉应力,钢板条+UHPC的钢桥面加固方案经过应力幅22MPa的1000万次疲劳试验,UHPC层具备800万次疲劳寿命(裂缝宽度小于0.05mm),且刚度无折减,因此可作为永久结构层与重度开裂的钢桥面构成轻型组合桥面结构,经UHPC加固后,原钢桥面的疲劳裂缝有望不再发展。     

双向受压岩石在扰动荷载作用下致裂特征研究

 采用频率为2 Hz,幅值分别为6,10,14,18和22 MPa的正弦疲劳荷载作为动力扰动,来研究受双向静荷载并达到极限屈服状态的岩石在动力扰动荷载作用下致裂破坏的力学特性。试验结果发现：双向静载屈服状态红砂岩试件在动态周期荷载作用下,疲劳寿命明显短于在弹性阶段进行的疲劳测验的寿命。试件的疲劳寿命离散性较大,即使在同一动载幅值下也表现出很大差异,但相同应力幅值下最终破坏点处的变形量却基本相同,并且随着动载的幅值的增大而减小。研究还显示：具有相对较长疲劳寿命的试件的轴向变形量与循环次数(或时间)的关系曲线呈现出明显的3个阶段特性,其变化趋势与岩石蠕变曲线基本相同。岩石的最终破坏是由3个阶段的疲劳损伤累积所致,各阶段变形量占总变形量的比例、破坏模式和块度分布均与受到的动载应力幅值有关。     

桥梁缆索特殊断口失效机理分析

为延长桥梁缆索的使用寿命,必须确定其失效机理.通过调研国内外大量的桥检资料,将现场取回的桥梁缆索钢丝做断口电镜扫描( SEM)后,对缆索钢丝断口的两种特殊类型(阶梯状断口和杯口状断口)进行了失效机理分析.结果表明,阶梯状断口主要是由于腐蚀疲劳所致;在钢丝无明显锈蚀,当外界荷载超过钢丝的极限承载力时出现塑性破坏是导致杯口...     

冻融损伤对混凝土疲劳性能的影响

采用快冻法将混凝土盐冻或水冻至不同损伤程度后进行弯曲疲劳试验。以相对动弹性模量为损伤变量,从损伤的角度分析冻融循环作用对混凝土疲劳寿命的影响,对疲劳试验数据进行威布尔分布检验,建立冻融损伤混凝土的疲劳方程。结果表明,在疲劳荷载相同的情况下,混凝土的真实应力水平随冻融损伤的增加而显著变大,疲劳寿命则急剧降低;在损伤度相同的情况下,盐冻对混凝土疲劳寿命的影响比水冻大;冻融损伤混凝土的疲劳寿命服从两参数威布尔分布,但其离散性要大于未损伤混凝土的离散性;当损伤混凝土与未损伤混凝土的真实应力水平相同时,两者的疲劳寿命基本接近;冻融损伤后混凝土的疲劳寿命与真实应力水平之间的关系可用未损伤混凝土的疲劳方程进行表示。     

风-冰联合作用下风电塔高强螺栓疲劳可靠度分析

针对风力机塔筒法兰联结螺栓结构特殊、受力复杂、易于失效等特点,对风-冰联合作用下高强螺栓节点的疲劳可靠度进行了研究。首先通过谐波叠加法生成风速时程,按照概化冰力函数求出作用于风电塔上的冰力时程; 然后应用ANSYS建立风电塔模型,施加生成的风荷载及动冰荷载,得到法兰中心处的应力时程曲线; 基于Schmidt-Neuper理论及有限元方法分别对法兰联结螺栓结构进行计算,得到法兰受载与螺栓应力之间的关系; 通过MATLAB多项式拟合得到外荷载作用下螺栓的应力时程曲线; 最后基于累积损伤理论,计算螺栓在不同荷载工况下的疲劳可靠度,并讨论预紧力、螺栓位置、冰速对其疲劳可靠度的影响。结果表明:考虑冰载后螺栓的疲劳可靠度均有所下降,冰载对螺栓疲劳可靠度的影响不容忽视; 预紧力的大小对风载作用下的螺栓疲劳可靠度影响较大,对冰载作用下的螺栓疲劳可靠度影响不大; 螺栓所在位置对各荷载工况下的螺栓疲劳可靠度均存在较大影响,且对冰载作用下的螺栓疲劳可靠度影响最为明显; 法兰所受外荷载大于使螺栓节点分开所需的荷载时,会增加螺栓的应力幅值,从而降低其疲劳可靠度; 冰载作用下影响螺栓疲劳可靠度的主要因素为冰激作用导致的塔架共振。     

无粘结部分预应力混凝土梁的疲劳性能试验研究

通过6片无粘结部分预应力混凝土梁和1片普通钢筋混凝土梁的疲劳试验,研究了这种结构的疲劳破坏形态以及刚度、钢筋应变、混凝土应变随着重复荷载次数的变化规律。研究表明:无粘结部分预应力混凝土梁的疲劳破坏主要是梁内受拉普通钢筋的疲劳断裂引起的,预应力钢筋和受压区混凝土的应力幅较低,一般不会发生疲劳破坏;荷载重复200×104次后,无粘结部分预应力混凝土梁刚度退化明显。文中还给出了无粘结部分预应力混凝土梁疲劳寿命的计算方法,所得计算值与试验值吻合较好。     

拱桥新型不锈钢吊杆疲劳试验和螺纹连接应力分析

在MTS电液伺服疲劳试验机上进行了直径70mm的新型不锈钢吊杆在拉伸荷载作用下的疲劳试验,疲劳荷载上限为700kN,下限为430kN,在经历了1 546 609次循环后,吊杆从下部螺纹连接公接头第一承载齿的根部突然断裂。采用ANSYS软件,建立了新型不锈钢吊杆螺纹连接的二维轴对称模型,分析了各螺纹承载齿承担的荷载以及螺纹齿根在拉伸荷载作用下的应力集中系数,分析结果表明,应力集中系数最大值出现在螺纹连接公接头第一承载齿的根部。同时还分析了螺纹连接的最大应力,结果表明,螺纹连接头最大应力的位置与吊杆断裂面疲劳裂纹源的位置相吻合。