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。     

变截面钢结构疲劳寿命预估方法研究

钢结构的疲劳破坏时有发生,实际构件中难免存在几何突变,导致应力集中、降低构件疲劳强度,因此如何有效预估变截面构件的疲劳寿命尤为重要。基于损伤力学理论建立的疲劳损伤模型被用来预估构件疲劳寿命,且取得很好的效果。基于疲劳损伤模型预估缺口试件的疲劳寿命,利用封闭解的方法给出了缺口构件在拉压载荷下的损伤演化方程,同时计算了不同应力集中系数下缺口试件的疲劳寿命,将利用提出方法计算的结果与利用Manson-Coffin方程计算结果进行对比分析,其结果误差在5%以内。     

基于热点应力法的钢管混凝土焊接节点疲劳构造细节比较

以钢管混凝土组合桁梁桥为研究对象,总结给出基于热点应力法的节点疲劳评估流程,并对其疲劳构造细节进行研究。结果表明:在矩形空管等宽节点基础上,主管内填混凝土使得节点支、主管表面最大热点应力幅分别降低10.86%和26.51%,节点疲劳寿命提高3.78倍; 在圆形空管节点基础上,主管内填混凝土使得节点支、主管表面最大热点应力幅分别降低13.88%和16.39%,节点疲劳寿命提高2.11倍; 在主方支圆空管节点基础上,主管内填混凝土使得节点支、主管表面最大热点应力幅分别降低20.06%和29.81%,节点疲劳寿命提高1.92倍; 此外,对于矩形钢管混凝土节点,先后在主管内壁设置PBL加劲肋和腹板采用整体节点板,支管表面最大热点应力幅分别继续下降12.11%和29.20%,主管表面最大热点应力幅分别继续下降8.81%和15.64%,由此可知,改变矩形空管节点的构造细节,可以使焊趾处的应力分布趋于均匀,疲劳寿命得到显著提高; 同时,在确保各类节点几何尺寸基本相当的前提下,研究得到各类节点疲劳性能优劣次序为PBL加劲型矩形钢管混凝土焊接整体节点、PBL加劲型矩形钢管混凝土等宽节点、矩形钢管混凝土等宽节点、矩形空管等宽节点、圆形钢管混凝土节点、圆形空管节点、主方支圆钢管混凝土节点、主方支圆空管节点。     

直角突变式钢吊车梁群体疲劳寿命评估

近年来在多个钢铁厂出现直角突变式吊车梁疲劳开裂事故,根据现行GB 50144—2008《工业建筑可靠性鉴定标准》对跨中1～2根梁的疲劳寿命进行评估,但如何快速准确地对跨内所有吊车梁进行群体寿命评估,对于厂房管理者来说是迫切需要解决的问题。根据吊车梁疲劳累积损伤原理,在直角突变式钢吊车梁疲劳破坏机理研究的基础上,提出了一种应用吊车梁实测应力谱数据、日使用频次数据及历史产量数据进行吊车梁群体疲劳寿命估算的评估方法,并采用该方法对某炼钢厂板坯清理跨21根吊车梁群体进行疲劳寿命评估,评估结果与实际情况吻合。该方法实现了钢吊车梁群体疲劳寿命的定量评估,可以为吊车梁的日常维护管理提供依据。     

整体节点角焊缝疲劳性能分析及寿命评估

整体节点由于存在大量焊缝,在往复荷载作用下,往往会引起疲劳问题。目前,对整体节点疲劳性能的研究仅限于某一特定工程的验证性试验,缺乏系统性的疲劳寿命评估方法的研究。详细介绍了热点应力法、有效缺口应力法和局部应变法的分析过程和适用范围,并结合一种简化焊接试件的疲劳试验,分别采用这几种方法对整体节点的疲劳寿命进行了分析。在此基础上,将分析结果与试验数据、相关规范进行对比,发现热点应力法和有效缺口应力法均能在一定程度上预测疲劳寿命的变化趋势,二者计算结果相似,但对实际工程偏危险,局部应力应变法能提供较理想的疲劳寿命预测。     

不同缺口类型钢筋力学性能试验及数值分析

为模拟局部锈蚀对钢筋静力及疲劳性能的影响,对4种缺口形状、6种缺口尺寸的100根钢筋进行轴向静力拉伸和疲劳拉伸试验.基于静力拉伸试验结果,给出了缺口形状、缺口深度与钢筋屈服载荷、极限荷载间的定量关系,分析了缺口尺寸对应力集中系数的影响;基于疲劳拉伸试验结果,研究了缺口形状和缺口尺寸对钢筋疲劳寿命的影响,建立了钢筋应力范围-疲劳寿命-缺口深度的曲线方程;在试验基础上,建立了精细有限元三维实体计算模型,分析了缺口附近的应力分布状态,解释了坑蚀形态导致钢筋性能退化的原因.结果表明:三角形缺口应力集中系数最大,依次为变长度三角形、径向椭圆形和轴向椭圆形,应力集中程度随应力水平和缺口深度的增加而增大;不同缺口类型钢筋的实际应力范围和疲劳寿命在对数坐标下呈线性关系;三角形和变长度三角形锈坑应力集中梯度较大,率先进入塑性变形阶段,从而较早发生破坏.     

钢吊车梁直角式突变支座插入板端部疲劳性能研究

钢吊车梁直角式突变支座在工业厂房中广泛应用,工程经验表明钢吊车梁直角式突变支座插入板端部与腹板连接焊缝易出现疲劳裂纹,且通过有效的点检制度可以避免灾难性的事故发生。开展了钢吊车梁直角式突变支座缩尺模型的疲劳试验,得出该类连接的应力幅-疲劳寿命(S-N)曲线,确定了疲劳裂纹的初始位置为小圆孔下侧。通过截面参数分析得出,小圆孔处应力集中系数与插入板板厚呈正线性相关、与圆孔直径呈负线性相关。采用VCCT法和网格重划分技术,针对钢吊车梁直角式突变支座插入板端部开展了疲劳裂纹扩展模拟,明确了该类构件的疲劳裂纹扩展模式。结合S N曲线法、概率断裂力学法,建立了适用于钢吊车梁直角式突变支座的插入板端部的概率损伤容限分析方法,分析得到在不考虑荷载、断裂韧度随机性时,其疲劳寿命不拒绝服从对数正态分布。     

管板焊接节点多轴疲劳性能及寿命预测方法

管板焊接节点易处于弯剪扭复杂受力状态，为研究其疲劳失效受多轴疲劳机理，开展了以管轴力控制的Q235B管板焊接节点多轴疲劳试验，考虑轴向与切向应力分量相位差、切向与轴向应力幅值比和加载波形等多轴加载路径因素的影响，获得焊接节点多轴循环受力响应、疲劳裂纹宏观形貌及多轴疲劳性能。研究发现：疲劳加载过程中节点经历稳定循环、刚度退化及断裂失效等三个阶段，对于存在非比例强化的节点在稳定加载时会出现循环软化现象；在刚度退化阶段，轴向刚度与扭转刚度不同步退化；反映非比例强化效应的路径因子越大，疲劳断面的粗糙程度越高；多轴比例加载路径下的节点疲劳寿命大于非比例加载路径下的；非比例加载路径中，圆形加载路径下的节点疲劳寿命最小。采用现有的临界面模型和考虑应变加权的临界面模型计算了管板焊接节点多轴疲劳寿命并进行对比。结果显示，考虑应变加权的临界面模型疲劳寿命预测精度最高，在1.5倍、2倍和2.5倍误差带内预测数据占总数据的比例分别为64.3%、88.1%和100%。     

高弹模CFRP粘贴法修复钢桥板疲劳裂纹

针对钢桥中钢板疲劳裂纹进行了一系列疲劳裂纹修复试验研究,以确定不同修复方法下结构的疲劳性能。高弹模CFRP（碳纤维增强复合材料）修复法是通过粘贴高弹模CFRP布来增大结构刚度,以延长结构疲劳寿命,且碳纤维材料基本不会产生疲劳裂纹,具有较好的抗疲劳效果。采用数值模拟和试验研究相结合的方法,首先对修复钢板的应力分布和特点进行了详细的分析,然后通过3组对比疲劳试验,确定了不同修复方法对损伤钢板疲劳寿命的增强效果。最后利用修复试验值与各国规范规定的S-N曲线进行比较,分析已修复钢板的疲劳性能。研究结果表明：在止裂孔上覆盖粘贴高弹模CFRP布可有效减小孔边应力集中,具有延长结果疲劳寿命的效果,修复后的裂纹钢板的疲劳寿命是仅用止裂孔修复的裂纹钢板疲劳寿命的8倍以上。仅用止裂孔法修复损伤钢板不足以满足各国规范规定的疲劳强度要求,而在止裂孔法上进一步采用高弹模CFRP布修复后的损伤钢板的抗疲劳性能更优,其疲劳强度等级高于美国规范AASHTO中的A类细节等级。     

基于缺口应力法的薄板焊接接头疲劳性能评估

为验证缺口应力法在板厚小于5 mm的薄板焊接接头疲劳评估的适用性,开展了Q345qD薄板焊接接头疲劳性能试验,获得了薄板焊接接头疲劳试验数据,结合有限元分析计算的焊接接头缺口应力集中系数,绘制了缺口应力疲劳寿命曲线,确定了薄板焊接接头疲劳曲线斜度值和疲劳等级值,与已有研究成果进行比较,发现Q345qD薄板焊接接头具有更高的疲劳曲线斜度值和疲劳等级值,研究结果可供实际工程中疲劳性能评估做参考。     

浇注式沥青混凝土疲劳寿命的能量法

根据应变控制模式下的4点弯曲疲劳试验方法,用能量法研究了浇注式沥青混合料抗疲劳性能。通过多个应变水平下的疲劳试验,得出浇注式沥青混凝土的疲劳寿命与累积耗散能在双对数坐标下的线性关系。并回归出了浇注式沥青混合料在不同应变水平下疲劳寿命预测方程。用Maxwell模型分析了浇注式沥青混合料疲劳破坏与能量耗散的关系,并将滞后回线和滞后角引入到浇注式沥青混合料疲劳性能研究中,得出滞后角大的混合料有更好的抗疲劳性能。     

焊接管节点疲劳研究综述

为加深对焊接管节点疲劳问题的认识,对焊接管节点名义应力法、热点应力法、切口应力法和断裂力学法4种常用疲劳评估方法应用现状和存在问题进行介绍,从疲劳效应（热点应力集中系数）和抗力（热点应力幅S N曲线）2个方面对首推的热点应力法研究现状进行总结,探讨了管节点结构形式的发展趋势。结果表明:焊接管节点常用四大疲劳评估方法中名义应力法应用最广,但过于保守,热点应力法最被推崇,但仍有待进一步完善,切口应力法实施难度大,尚未在规范中使用,断裂力学法则适用于剩余疲劳寿命评估;对于传统的圆形和矩形钢管节点,已形成了较为系统的热点应力评估方法,对热点应力集中系数最大值可能发生位置、外推区域、热点应力集中系数计算公式、壁厚效应修正系数等方面进行了明确的规定;在传统的圆钢管和矩形钢管节点基础上,创新节点形式,提出了钢管混凝土节点、PBL加劲型钢管混凝土节点、圆管 方管节点和鸟嘴式节点,对比传统钢管节点,钢管混凝土节点热点应力集中系数降幅在25%以上,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点降幅在50%以上,圆管 方管节点和鸟嘴式节点降幅则介于圆形钢管和矩形钢管节点之间。     

盐岩的压剪疲劳特性与位错损伤研究

 开展不同剪切角度的压剪试验和疲劳试验,研究压剪作用下盐岩的力学特性和晶体位错特性,基于损伤力学观点,建立以位错为量度指标的损伤关系模型。得到的主要结论有：(1) 大于45度角剪切时,盐岩晶体位错的滑滞阻力较小,盐岩抗变形能力、峰值应力和最大变形量均随着剪切角度的增大而减小。裂纹以剪切面附近扇形裂纹发育为主;(2) 疲劳寿命和循环荷载的上限应力水平相关。剪切角度不同时,若应力水平相同,则其疲劳寿命(循环数)基本相同;若应力大小相同,则剪切角度越大,疲劳寿命越短。(3) 变向剪切对盐岩的疲劳寿命影响巨大,使疲劳寿命下降90%以上。(4) 盐岩疲劳裂纹的成核和位错的不断挤入挤出有关,裂纹扩展是多滑移系交替滑移的结果。建立了基于位错理论的盐岩损伤模型,使损伤能从本质上表达盐岩的破坏过程。越大的疲劳损伤使盐岩的承载能力下降越明显。     

铁道桥梁中双角钢纵横梁连接的扭曲应力分析

研究显示铆接铁路桥梁的双角钢纵横梁连接容易在扭曲应力作用下发生疲劳开裂。扭曲应力由纵梁端部转角引起,不易计算,因此,需要使用更详细的分析技术来量化连接件的性能。研究以下连接件参数对应力集中的影响:1)角钢肢脚长度;2)角钢肢背长度;3)角钢厚度;4)2590kN轨道车荷载作用下纵梁长度对弯矩-转角特性的影响。使用3D或2D有限元软件对72个独立的双角钢连接构件进行分析。分析每个角钢连接件的极限应力,并通过线性回归分析法得出应力计算方程。所建方程为连接件参数的函数,能够简单有效地计算角钢连接件应力变化范围的大小,无需进行精确的分析便可对疲劳寿命进行评估。     

影响不对称支撑圆形钢天线风致疲劳寿命的因素

在求得结构不同风向、风速下风致响应以及结构所在位置处的风速风向联合分布函数的基础上,基于经典的疲劳累积损伤理论,对一实际不对称支撑圆形截面钢结构进行风致疲劳寿命估计。通过实例分析的结果,讨论了风向、结构表面粗糙度、涡激共振以及平均风速等重要因素对结构风致疲劳寿命的影响。计算结果表明:1)风向对结构的风致疲劳累积损伤影响较大,在出现概率大的风向区间内造成的疲劳累积损伤较大;2)结构表面粗糙度对结构的风致疲劳寿命影响也较大,疲劳寿命随着表面粗糙度的增加而减小;3)涡激共振对结构的疲劳寿命有一定的影响,在计算结构的风致疲劳寿命时,不应该忽略涡激共振的影响;4)平均风荷载对结构的风致疲劳寿命影响较小。     

模拟酸雨大气环境下Q420B高强钢角钢的腐蚀疲劳性能试验研究

目前,高强钢在建筑结构中逐渐得到广泛应用,而其耐候性和疲劳性能对结构安全影响较大。对于长期暴露在野外大气环境中的结构,如输电铁塔,因长期受风致振动和大气环境中酸雨腐蚀的耦合作用,易发生腐蚀疲劳破坏甚至倒塌,所以研究酸雨大气环境下高强钢(如输电塔常用钢Q420B)的腐蚀疲劳性能具有重要意义。为此,对43根Q420B等边角钢在模拟酸雨大气作用下的腐蚀疲劳性能进行了研究,并基于简化的单点 似然法及单点 成组法拟合了其应力-疲劳寿命(Δσ-N)曲线和不同保证率p下的p Δσ N曲面。研究结果表明：酸雨大气环境缩短了Q420B角钢在中低荷载水平下对应的中长期疲劳寿命,而对高荷载水平下对应的短期疲劳寿命影响不大;环境因素对角钢的腐蚀疲劳性能有显著的影响,在模拟试验中,腐蚀液的pH值越低,间隔喷雾时间越长,相同荷载下角钢的腐蚀疲劳寿命越短。     

国际期刊导读

给出波纹钢腹板与翼缘板焊接节点的疲劳评估方法。对这种焊接节点的失效模式、应力分布和疲劳强度进行试验研究和有限元分析。由于节点处弧线焊缝的应力集中对疲劳寿命的评估十分重要,因此,对这类几何效应进行了研究,并对其应力特性进行了讨论。结果表明,由于节点处弧线焊缝疲劳关键点的应力集中,曲率半径与波纹高度之比越小,波纹和曲率角度的影响越显著,反之亦然。可将十字形节点的S-N曲线作为极限值,与不同波纹角度焊接节点的疲劳强度进行对比。所提出的方法考虑了复合应力条件,可用于波纹板焊接节点的疲劳评估。该方法也从理论上对残余应力的影响进行了讨论。     

塔机角钢桁架结构节点疲劳试验研究

通过疲劳寿命试验,获得了塔机角钢桁架结构节点的疲劳寿命数据,针对此类小样本容量试验的特点,采取了一种效率较高的统计方法,并且获得了该节点的Ｐ－Ｓ－Ｎ曲线,为进一步评估疲劳寿命打下了一定基础。