扁平钢箱梁U肋焊接残余应力数值模拟分析

已建成的扁平钢箱梁桥在运营过程中发现一些与结构、构造和制造相关的病害,并且随着服役时间的增长越来越突出。其原因是扁平钢箱梁结构采用薄板组焊而成,因此,扁平钢箱梁在未受力之前,便已存在着由于焊接所产生的应力场和变形场, 导致扁平钢箱梁普遍出现裂纹等病害。运用热结构耦合法对扁平钢箱梁U肋与桥面板交接处焊接的温度场和应力场进行数值模拟计算分析,并得到焊接残余应力的分布规律,为进一步分析结构病害与加固设计提供依据。     

基于健康监测系统实测应力的钢箱梁疲劳评估

研究直接利用健康监测系统实测应力对钢箱梁进行疲劳评估.采用雨流计数法技术统计分析应力时程数据得到日应力谱,由多天的日应力谱进行统计平均得到标准日应力谱.基于线性累积损伤准则和钢箱梁各连接部位的疲劳强度曲线,对其进行疲劳损伤评估,并根据交通状况的改变实时更新评估结果.结合某大桥健康监测系统,采用提出的方法对其钢箱梁进行疲劳评估.结果表明,U肋与横隔板连接部位将产生疲劳损伤,需加强维护.     

圆弧形底面扁平钢箱梁局部应力分析

采用从整体到局部、从粗放到精细的两阶段两尺度分析方法,对国内首个圆弧形底面扁平钢箱梁在运营状态下的局部应力进行分析。用大尺度单元建立全桥模型,用小尺度单元建立梁段模型。通过分析全桥模型获得梁段模型的边界约束力。在此基础上,利用梁段模型研究钢箱梁在恒载和活载作用下顶、底板的应力响应。研究表明：圆弧形底面扁平钢箱梁顶、底板均存在剪力滞现象,U肋对跨中截面应力分布的影响大于墩顶附近截面。圆弧形底面钢箱梁的底板正应力不均匀程度略大于折线形底面钢箱梁。     

考虑残余应力的焊接节点疲劳寿命有限元分析

为研究残余应力对焊接结构疲劳性能的影响,基于热力耦合计算方法建立了热弹塑性有限元模型,模拟T型节点焊接全过程及焊后热处理的温度场与应力场。基于扩展有限元法建立T型焊接节点断裂力学数值模型,将焊接应力场作为初始条件引入模型并分析其对疲劳裂纹动态扩展行为的影响。结果表明,未考虑残余应力时,焊接节点疲劳裂纹向焊缝两端均匀发展,裂纹扩展形式与试验结果不符;焊后热处理可以显著降低焊接产生的高拉伸应力和压缩应力,但对疲劳寿命的增幅较小,仅为6.1%;考虑残余应力后疲劳裂纹扩展路径与试验更为接近,焊接结构有限元模拟应考虑焊接残余应力对疲劳裂纹扩展路径的影响。     

T型焊接接头疲劳裂纹应力强度因子的3D边界元计算

应用边界元（BEM）子域法,编写程序,计算3D混合模式表面裂纹的应力强度因子。按照T型焊接接头的实验模型建立边界元计算模型。计算结果表明,程序是可靠的。     

压应力对铝合金长短疲劳裂纹尖端应力影响有限元分析

应用弹塑性有限元方法,研究压应力对铝合金长短疲劳裂纹尖端应力场、塑性区的影响.分别建立两个具有长短中心穿透裂纹高强铝合金板的有限元模型,进行拉压加载模拟分析.结果表明,压应力对铝合金长短疲劳裂纹尖端应力有显著影响,相同的应力强度因子条件下,在一拉-压加载周期,当拉应力减小到零时裂纹尖端应力不为零,裂纹尖端应力对裂尖的挤...     

考虑焊接残余应力的钢桥面板U肋焊接处局部应力分析

为研究正交异性钢桥面板的顶板与U肋焊缝连接处残余应力及与外荷载组合作用下的局部受力特征,针对宽体钢箱梁工程实例,基于热弹塑性有限元法对该焊缝的施焊过程进行了数值模拟,分析了焊接过程中温度场和应力场的变化；以初应力的方法实现了焊接残余应力与外荷载作用的组合。研究结果表明：面板下缘垂直于焊缝方向的残余拉应力峰值接近材料的屈服强度,远离焊缝的区域应力急剧减小,焊趾处的横向残余应力要明显大于焊根处；由面板上缘至下缘,纵向残余应力由压应力变为拉应力,横向残余应力呈现出“拉应力-压应力-拉应力”的交替变化趋势；以初应力的方式考虑残余应力,稳定应力场的相对误差可控制在5.0%以内；自重与二期恒载对焊缝区局部应力场的分布特征和焊根及焊趾处的应力极值的影响不大(1.7%以内)；外荷载中考虑局部对称轮载作用且未考虑焊接残余应力在外荷载作用下的消散情况时,焊根及焊趾处垂直于焊缝的横向应力极大值最大分别可增大10.7%、17.6%；焊接残余应力及与外荷载组合作用下,焊趾及焊根位置处沿面板厚度应力的分布符合“直线+抛物线”的规律。     

对接焊缝残余应力对疲劳裂纹扩展的影响

研究了平板对接焊缝的疲劳裂纹扩展问题,提出了一种考虑残余应力场重分布的裂纹扩展寿命计算方法.基于Terada提出的焊接残余应力场随裂纹扩展重分布的模型,在裂纹扩展过程中不断更新残余应力引起的应力强度因子和应力比并在此基础上计算构件裂纹扩展寿命.采用该方法分析了某焊接钢板的裂纹扩展寿命,并和不考虑残余应力场重分布的叠加法进行了对比.研究表明,提出的基于焊接残余应力场的疲劳裂纹扩展分析方法更加符合实际情况,可以预测出相对准确的裂纹扩展寿命.     

焊接残余应力对压力容器疲劳裂纹扩展的影响

给出了焊接残余应力对压力容器疲劳裂纹扩展的影响,采用断裂力学理论分析疲劳行为,引用了裂纹张开率U和有效应力强度因子幅值△Keff的概念.     

开口钢箱梁的顶推工法

针对传统的钢箱梁顶推施工中因箱体自重过大而导致局部屈曲的问题,提出了无顶板的开口钢箱梁顶推施工方案.基于ABAQUS软件分析了开口钢箱梁模型在顶推过程中的应力和应变,对跨中处梁段的弯曲失稳情况进行了后屈曲分析.结果表明,开口梁顶推过程中的应力和应变均在材料的允许范围以内,结构的稳定性能够得到保证;开口梁的顶推工法能够减小钢箱梁顶推过程中箱体的自重,通过调节支承的高度可以很好地解决最大悬臂段由于起拱现象导致的支承所受应力过大的问题.     

简支薄壁钢箱梁的畸变效应研究

薄壁钢箱梁抗弯刚度和抗扭刚度大、安装养护方便、轻巧美观,在公路交通中广泛应用。而钢箱梁壁厚较薄,因此钢箱梁的畸变效应研究变得比较重要,此前多数文献仅就横隔板的设置对钢箱梁的畸变效应进行过研究,而对钢箱梁的其他几何特征参数对钢箱梁畸变效应影响的研究很少。通过有限元软件就简支钢箱梁采用壳单元分析其畸变效应,发现除跨中设置的横隔板对箱梁效应明显外,箱梁的宽高比及箱梁顶板与腹板的夹角对箱梁的畸变效应也很明显。     

预应力钢箱梁的非线性分析

为提高预应力钢筋梁的计算精度，对预应力钢箱梁的两个受力阶段作了全过程非线性分析，建立了预应力钢箱梁的非线性分析模型，采用平衡原理和能量原理分别推导出预应力钢箱梁在预加力阶段和荷载阶段的控制微分方程，用上述方程进行理论计算所获得的数据，如钢梁的跨国挠度、底板应变均与预应力钢箱梁模型的实验结果符合良好，表明了建立的模型和所推导的控制微分方程的有效性和正确性，对影响钢箱梁刚度的因素诸如预加力的大小，预应力钢索的跨中垂度等进行了详细讨论，讨论结果表明，当外荷载较小时，预加力对钢箱梁刚度影响较小，当外荷载较大时，预加力对钢箱梁刚度影响较大，钢索在跨中的垂度越大对钢箱梁刚度的提高越大。     

分阶段施工中钢箱梁制造参数的通用计算方法

为了精确计算分阶段施工中钢箱梁制造参数,形成简便统一的求解思路,基于安装时节段间交界面实现平顺对接的思想,直接根据结构累计位移确定已安装、待安装节段桥位现场的相对位置关系,以设计成桥状态下节段形心处梁长为基准,提出分阶段施工钢箱梁桥节段间制造夹角、顶底板长度制造参数的通用计算方法. 将该方法应用于三跨钢箱连续梁桥大节段吊装施工,准确计算各小节段钢箱梁制造参数,并精准修正大节段接缝处顶底板加工长度. 结果表明：制造完成后各小节段钢箱梁交界面焊缝宽度均匀一致,现场安装时大节段钢箱梁端面实现精准匹配,合龙后主梁线形与设计线形吻合良好,验证了所提方法的正确性.     

润扬悬索桥钢箱梁受力分析及实验研究

为了研究大跨度悬索桥扁平钢箱梁的工作行为与受力性能,以主跨1490m的润扬悬索桥为研究对象,基于大型有限元分析软件ANSYS建立了该桥的三维有限元整体计算模型,并对其进行了各种工况下的非线性静力分析．在此基础上运用子模型方法,基于局部精细模型计算了钢箱梁的各关键部位的应力．理论和试验结果都表明,该桥钢箱梁各关键部位在车载作用下的应力水平都比较低,但其顶板和顶板U形肋出现的应力疲劳值得重视．     

部分波形钢腹板箱梁桥受力特性分析

为了分析部分波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥结构的空间力学特性,以24 m+40 m+24 m连续梁桥设计方案为对象,用三维有限元方法分析了在竖向荷载以及预应力作用下的结构应力和变形特性,并与波形钢腹板扩展梁理论进行比较,讨论了扩展梁理论的适用性.在此基础上进一步分析了部分波形钢腹板箱梁桥的力学行为,以及两种腹板过渡区域的传力机理.结果表明,按扩展梁理论设计虽然能够得到精度较好的纵向应力结果,但挠度和剪切应力计算精度有待提高;按腹板承担截面全部竖向剪力的设计方法偏于安全;波形钢腹板箱梁和预应力混凝土腹板箱梁过渡区域的结构传力机理十分复杂,设计时应予慎重分析.     

新型波形钢腹板组合箱梁温度效应

针对由混凝土与钢材的热工参数差异显著而导致新型波形钢腹板组合箱梁温度效应突出的问题,考虑子梁微段平衡条件、子梁间变形协调条件和波形腹板剪切变形效应,建立竖向温度梯度作用下新型波形钢腹板组合箱梁相对滑移、内力和应力的理论计算方法. 对大温差地区的新型波形钢腹板组合箱型试验梁进行温度长期观测,拟合结构竖向温度梯度函数,通过该理论方法计算实测温度梯度下的结构温度响应,利用有限元模拟对本文理论进行验证. 结果表明,在实测温度梯度下,界面剪力、子梁弯矩和应力均沿梁纵向呈双曲余弦函数分布,层间相对滑移沿梁纵向呈双曲正弦函数分布. 是否考虑腹板剪切变形效应对组合梁梁端向跨中0.8 m范围的温度效应影响较大,对组合梁中部的影响可以忽略. 混凝土线膨胀系数、组合箱梁层间滑移刚度和界面温差对新型波形钢腹板组合箱梁温度效应的影响较大,在设计中应合理排布层间剪力连接件,考虑混凝土线膨胀系数的变异性对该类结构进行温度效应计算.     

鱼腹式钢箱梁横向剪力滞效应分析

为了揭示鱼腹式钢箱梁剪力滞系数分布规律和结构参数对钢箱梁剪力滞效应的影响,通过使用有限元分析软件Midas/civil建立鱼腹式连续钢箱梁空间板壳模型,系统分析了鱼腹式钢箱梁在均布荷载、集中荷载和偏载作用下的剪力滞系数横向分布规律和纵向加劲肋厚度对剪力滞效应的影响.结果表明:在均布荷载、集中荷载和偏载作用下,鱼腹式钢箱梁剪力滞效应明显,不同截面同一位置剪力滞系数不同;通过适当地增加顶板加劲肋的厚度,可以使剪力滞系数明显下降,降低了剪力滞效应.