新型正交异性钢-混组合桥面板足尺模型疲劳试验

为改善新型正交异性钢混组合钢桥面疲劳性能,采用理论推导、有限元模拟和足尺模型疲劳试验对其纵肋腹板与横隔板焊接细节进行研究.首先将由大尺寸纵肋组成的正交异性组合桥面系简化成铰接的双纵肋计算模型,然后进行足尺模型疲劳试验,分析混凝土层和钢桥面构造受力及开裂情况.结果表明:理论模型能较好反映纵肋实际力学行为;铺设混凝土层后,桥面板焊接构造细节疲劳应力得到很大改善.所提出的新型正交异性钢混组合钢桥面可作为解决正交异性钢桥面疲劳开裂问题的一种新思路.     

基于正交异性钢桥面板的疲劳寿命分析

利用静力试验的结果，并结合ANSYS有限元数值计算，提出了闭口纵肋正交异性钢桥面板的疲劳验算方案，在理论上对钢桥面板寿命进行了具体分析．     

大跨度桥梁钢桥面板跨尺度疲劳损伤评估方法

大跨度斜拉桥正交异性钢桥面板的顶板与纵肋焊接构造细节在车辆荷载作用下易产生疲劳损伤进而导致服役性能降低、影响行车安全。为评估大跨度桥梁钢桥面板的疲劳性能,提出基于细观损伤力学的大跨度钢桥疲劳损伤跨尺度评估方法;推导了基于细观损伤力学的钢桥面板疲劳损伤演化模型,在此基础上,结合实测交通数据,实现了基于Monte-Carlo法的随机车流模拟;最后,将提出的方法应用于一座大跨度三塔斜拉桥。研究结果表明,大跨度斜拉桥钢桥面板体系焊缝周围区域的累积疲劳损伤程度明显高于桥面板体系的其他部位;顶板与纵肋焊接构造细节的疲劳损伤累积呈现明显的非线性,预测的疲劳寿命远小于Miner线性疲劳损伤累积准则的结果。     

大跨度钢箱梁斜拉桥钢–UHPC组合桥面加固效果评估

为评估钢-UHPC（超高性能混凝土,Ultra-High Performance Concrete）组合桥面对大跨度钢箱梁斜拉桥的加固效果,基于随机车流下应力监测数据,结合《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）对钢-UHPC组合桥面和ERE（冷拌环氧树脂,Epoxy bond chips layer+ Resin asphalt+ Epoxy bond chips layer）桥面的疲劳性能进行了对比评估。利用Miner线性累积损伤准则计算了两种桥面各疲劳易损细节的剩余疲劳寿命。建立有限元模型,对钢-UHPC组合桥面UHPC层的抗裂性能进行了验算;计算了两种桥面钢桥面板的最大挠度及沥青铺装层的最大拉应力。结果表明： ERE桥面面板-纵肋焊缝纵肋侧、横隔板弧形切口和纵肋对接焊缝处存在较大应力,剩余疲劳寿命分别为214、186、61年;ERE桥面纵肋对接焊缝处在桥梁设计基准期内有疲劳破坏的风险;经钢-UHPC组合桥面加固后,正交异性板各疲劳易损细节最大应力幅值均降低到常幅疲劳极限以下,剩余疲劳寿命增长为无穷大;钢-UHPC组合桥面UHPC层的最大拉应力为4.68MPa,抗裂性能满足规范设计要求;经钢-UHPC组合桥面加固后,正交异性桥面刚度提升效果明显;加固后,钢桥面板挠度降幅为34%,最大挠度为0.69mm;沥青铺装层最大拉应力降幅为59%,最大拉应力为0.42MPa。经钢-UHPC组合桥面加固后,正交异性钢桥面板各疲劳易损细节疲劳性能满足规范设计要求,桥面铺装层的抗裂性能也有所改善。     

轴力作用下钢桥面板构造细节受力分析

为研究正交异性钢桥面板在轴力作用下的受力情况,建立全桥杆系有限元模型,获取钢桥面板所受轴力信息;建立钢桥面板局部有限元模型,提取各工况下疲劳细节关注点处应力,分析应力的变化情况,获取各疲劳细节最不利加载工况,比较研究最不利加载工况下各构造细节在轴力作用下的疲劳性能。结果表明,轴力对各细节应力幅影响较小,对U肋与横隔板围焊处和横隔板焊趾处平均应力影响较大,对U肋与顶板焊缝和弧形缺口平均应力影响较小。     

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.     

钢箱梁悬索桥大节段正交异性钢桥面板疲劳性能试验

针对正交异性钢桥面板的焊接细节在反复荷载作用下易疲劳开裂的问题,以三峡库区某大跨悬索桥的钢箱梁正交异性钢桥面板为工程背景,进行1∶2缩尺的钢桥面板疲劳性能试验研究,进行设计寿命期内的疲劳试验和极限寿命期内的疲劳试验.疲劳试验结果表明:200万次的循环加载后,模型上各测点的应力值波动很小,在加/卸载过程中位移具有良好的对称性、可恢复性与重复性,说明模型的应力状态稳定,没有出现因局部开裂、损伤而导致模型应力显著变化的现象,说明该桥的正交异性钢桥面板的构造满足设计要求,且有一定的安全储备.     

钢桥面板—纵肋双面焊缝疲劳裂纹应力强度因子

双面焊有望改善顶板—纵肋焊接构造细节的疲劳抗力,而初始焊接缺陷是影响该类构造细节疲劳性能的关键因素。基于断裂力学理论,采用FRANC3D-ABAQUS交互技术建立了含初始裂纹的钢桥面板多尺度有限元模型,研究顶板—纵肋连接焊缝疲劳裂纹应力强度因子。分析了焊缝熔透率、顶板厚度、初始裂纹形状比等对双面焊缝疲劳裂纹应力强度因子的影响规律。结果表明：钢桥面板—纵肋连接焊缝细节处疲劳裂纹为Ⅰ型主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型疲劳裂纹;双面焊缝顶板焊根处疲劳裂纹应力强度因子最大值比单面焊缝小64.3%,改善了顶板—纵肋焊缝的疲劳性能;焊缝熔透率对顶板—纵肋双面焊接细节疲劳裂纹应力强度因子影响较小;加厚顶板显著降低了顶板—纵肋双面焊接细节疲劳裂纹应力强度因子;随着初始裂纹形状比增大,裂纹应力强度因子减小。     

斜拉桥正交异性钢桥面板疲劳试验研究

以板桁斜拉桥的Q500qE正交异性钢桥面板作为研究对象,采用足尺节段模型疲劳试验和数值模拟的方法,对具有宽U肋的正交异性钢桥面板关键细节的疲劳性能进行研究. 通过施加预应力的方法模拟桥面板的轴压力. 3个试验模型总计进行650万次变幅疲劳循环加载. 研究结果表明,嵌补段焊缝初始裂纹以宏观长裂纹的方式出现在腹板下缘,荷载幅越大,初始裂纹越长;宽U肋嵌补段腹板和底板的裂纹扩展可以分为4个阶段,各阶段间有明显的分界点;裂纹扩展速度与裂纹扩展长度正相关;轴压力增大了嵌补段裂纹扩展速度;对设置了焊接垫板的宽U肋嵌补段的焊缝余高进行铲除并磨平处理可以提高焊缝细节的疲劳强度. 推荐采用我国公路钢桥结构设计规范（JTG D64-2015）中110类细节疲劳强度设计宽U肋嵌补段对接接头焊缝.     

正交异性钢桥面板U肋与桥面板焊缝连接处疲劳试验研究

以九江长江公路大桥主跨钢箱梁结构为研究对象,通过对实桥结构的有限元分析,确定了能够反映正交异性钢桥面板U肋与桥面板焊缝连接处受力状态的疲劳试样;依据理论分析和静载试验,获得了加载载荷与研究部位应力的对应关系;通过疲劳试验得到了该结构细节的疲劳破坏形式、应力-寿命曲线及容许应力幅值,为大桥的疲劳寿命评估、健康检测及养护维修提供依据,也为其它桥梁设计提供参考.     

正交异性钢桥面板横隔板及内隔板结构优化

正交异性钢桥面板纵肋与横隔板连接处疲劳机理复杂,分析较为困难,针对这一问题,以横隔板弧形开口与U肋和横隔板焊缝端部周围区域为研究位置,结合区域内的应力分布规律,深入分析其受力机理,找出此区域内的疲劳易损点。以易损点构造细节的疲劳应力为控制指标,提出变厚度横隔板、双内隔板及横隔板与纵肋连接处反向圆弧切口等降低疲劳应力的构造形式,经过有限元计算,结果表明：变厚度横隔板和双内隔板分别对弧形开口处和焊缝端部的疲劳有明显的改善效果;反向圆弧切口可以使几何线性更加平顺,降低由于几何不连续导致的应力集中,可以显著降低上述两类疲劳细节的疲劳应力。     

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。     

基于等效结构应力法的汽车后桥疲劳寿命分析

汽车支撑后桥是汽车底盘中主要的受力部件,承受着各个方向的载荷,其主要的损伤形式是在交变载荷作用下发生的疲劳失效。CAE仿真技术的广泛应用使得车身及零部件结构设计进入了一个崭新的阶段。本文首先利用三维软件CA-TIA建立某型支撑后桥的三维几何模型,并利用Hypermesh软件建立相应的有限元模型,根据工况设定相应的约束载荷,利用Ansys软件对后桥进行静力分析。之后将有限元分析结果导入Fe-safe软件,利用等效结构应力法分析了后桥在典型工况下的疲劳寿命。对比实际的疲劳冲击试验和CAE分析结果,预测结果与实验结果基本吻合,后桥产品的疲劳寿命满足质量要求。证明CAE疲劳仿真技术可以合理有效的预测寿命,有助于提高产品开发的质量和周期。     

大跨悬索桥主缆-吊杆-钢箱梁节段整体模型疲劳性能试验研究

以往的悬索桥疲劳试验往往只针对索梁锚固区、正交异性钢桥面板和吊杆钢丝等钢桥的单一构件或部位,受边界条件影响较大,而一体化疲劳实验能够反应结构的整体疲劳性能。本文以某主跨788米钢箱梁悬索桥为背景,为全面评估其主缆-吊杆-钢箱梁一体化结构关键构造细节的疲劳性能,验证其设计的合理性、安全性和耐久性,进行了该桥1：4缩尺的主缆-吊杆-钢箱梁一体化的模型疲劳试验研究。疲劳试验结果表明,在设计疲劳荷载作用下,实测位移与荷载大致呈线性关系,加/卸过程中位移有很好的对称性与可恢复性,应力重分布现象不明显,结构处于弹性工作阶段,该结构关键构造细节处均未发现疲劳裂纹,结构疲劳性能满足设计要求。通过一体化模型的疲劳实验研究,掌握了该结构的疲劳性能与传力规律,试验结果能反映主缆-吊杆-钢箱梁的实际抗疲劳性能,具有一定的工程参照意义。     

铸钢节点对接焊缝有效缺口应力分析

为了研究铸钢节点对接焊缝的疲劳性能和寿命评估方法,对一种常用的铸钢热轧钢对接焊缝试件进行了疲劳试验研究,得到了刚度、位移与疲劳寿命阶段之间的关系。根据疲劳试验现象和断面的电镜扫描结果,提出了该类试件的疲劳失效机理。此外,采用有效缺口应力法预测了铸钢节点对接焊缝的疲劳寿命,并在考虑了平均应力和焊接残余应力的前提下,提出了改进的有效缺口应力法,分别将预测结果与实测疲劳寿命进行了对比。研究结果表明：铸钢节点对接焊缝的疲劳过程可分为稳定阶段和断裂阶段。稳定阶段占总寿命比例≥80%,断裂阶段≤20%。有效缺口应力法能在一定程度预测疲劳寿命的变化趋势,但结果偏危险,改进的有效缺口应力法能提供较安全的预测结果。     

微型汽车驱动桥壳的疲劳寿命预测

分析了疲劳损伤理论在疲劳寿命预测中的应用,并基于该疲劳损伤理论对微型车驱动桥壳进行仿真计算。考虑了桥壳焊缝部位对桥壳整体的影响,针对焊缝进行建模,并且对其赋予BS7608—1993标准中与其结构、受力对应的S—N曲线。通过台架试验验证了仿真计算结果的准确性,基于有限元技术的疲劳寿命预测方法能较准确地预测结构的疲劳寿命,对产品的设计和开发有一定的指导意义。     

顶板-纵肋焊接细节残余应力的松弛效应

为了准确把握钢桥面顶板-纵肋焊缝位置的真实拉、压状态和应力比对正交异性钢桥面板（OSD）疲劳寿命的影响,通过建立焊接残余应力与车载应力的耦合应力分析模型,构建焊接残余应力和车辆荷载耦合作用下的应力比、等效应力幅等疲劳参数计算方法,形成了焊接残余应力与车载应力的耦合应力精细化计算方法. 以江阴长江大桥为例,应用该方法,开展车辆荷载和残余应力场对疲劳损伤的定量分析. 案例分析表明,焊缝位置残余拉应力在叠加了以拉应力为主的循环车载应力后,纵、横向应力松弛大小均超过车载应力峰值,出现明显的应力松弛现象,而叠加以压应力为主的循环车载应力后,应力松弛效应不明显;与仅考虑车载应力作用下的焊缝位置应力状态相比,考虑焊接残余应力和车载应力耦合作用之后,压应力循环工况焊缝位置疲劳应力状态发生了本质变化,即由不需要进行疲劳验算的压应力状态变为拉应力状态;拉应力循环工况的疲劳状态虽未改变,但该状态下焊缝位置的疲劳寿命由无限变为有限.