沪通铁路长江大桥主梁新细节疲劳性能试验研究

为了研究沪通铁路长江大桥主梁桁架斜腹杆过焊孔焊接细节的疲劳性能,根据相似理论设计了疲劳试验 模型,并完成了3组（9个）试件的疲劳试验研究。试验中测得了各个试件在不同应力幅值下的疲劳寿命与应变状 态;并建立试件的有限元模型对比分析试验结果。试验结果表明：疲劳试验中每个试件的裂纹扩展与破坏模式具 有一致性;有限元计算结果与试验测试结果吻合良好,且误差均在15%以内;通过试验数据拟合得到过焊孔构造 细节的S-N曲线,其斜率为1/2.66,与Eurocode3的71焊接细节S-N曲线存在一定的差异;失效概率为2.3%的200万 次对应的该焊接细节疲劳应力幅值为37.89MPa。     

Q345qD对接焊缝疲劳性能及断裂机理试验研究

为了对钢桥焊接细节进行疲劳寿命评估,分别采用标准圆棒试件和沙漏型光滑试件进行静力拉伸试验和成组轴向拉伸疲劳试验,引入存活率和置信度得到了具有概率水平保证的安全疲劳寿命曲线,并针对焊接接头疲劳寿命离散性较大的现象,进行微观层面的硬度测试和疲劳断口电镜扫描试验,研究焊缝试件过早萌生疲劳裂纹的微观机理。试验结果表明:Q345qD对接焊缝的疲劳性能较好,随应力水平下降疲劳寿命显著提高,并给出了寿命随应力水平变化的拟合式;本批次Q345qD对接焊缝疲劳强度远远超过相同构造的规范取值,持久疲劳极限在S_(max)=260 MPa附近;焊接热输入对焊缝组织有较大影响,热影响区硬度波动明显,组织不均匀和焊接缺陷是导致低应力水平过早疲劳断裂的主要原因。     

正交异性钢桥面板顶板竖向加劲肋焊接接头疲劳性能试验研究

正交异性钢桥面板的疲劳问题是目前研究的主要热点之一。该文针对国内钢桥面板顶板竖向加劲肋焊接接头的构造细节,通过振动型疲劳试验机开展了18个试件的弯曲疲劳试验,研究了普通角焊缝和熔透角焊缝在不同加载应力幅下的疲劳性能,分析了焊接接头的应力集中系数,并与有限元分析结果进行了对比,得到了普通角焊缝和熔透角焊缝焊接接头疲劳寿命大小;同时采用BS5400、JSSC、Eurocode 3以及我国钢结构设计规范（GB 50017—2003）规定的S-N曲线对试验结果的疲劳强度进行了评定。研究表明：钢桥面板竖向加劲肋焊接接头熔透角焊缝的疲劳性能总体上优于普通角焊缝,对我国钢桥面板竖向加劲肋焊接接头的开裂前的疲劳性能建议采用BS5400-F2的S-N曲线（35MPa）进行设计和评价;并且两者焊接接头的应力集中系数约为2.4左右,其中熔透角焊缝受到焊接工艺的影响其应力集中系数较大,须在焊接后对其进行焊趾表面处理,以进一步提高疲劳性能。     

钢筋焊接网疲劳性能试验研究

介绍了钢筋焊接网疲劳S-N曲线的表达方式、疲劳试验条件及试件破坏特征。通过对此次焊接网疲劳试验结果及国外部分数据的分析,以应力幅作为主要参数,取95%的保证概率,得出钢筋焊接网疲劳S-N曲线方程,并与国外的规范曲线进行比较。给出的疲劳S-N曲线方程基本反映了冷轧带肋钢筋焊接网的疲劳特性,可为有关标准规范的编制及工程应用提供参考。根据国外经验,介绍了疲劳荷载下的板类构件,给出了提高抗疲劳性能的几种典型施焊图例。     

正交异性钢桥面板结构体系的疲劳破坏模式和抗力评估

正交异性钢桥面板的疲劳问题属于包含多疲劳破坏模式的结构体系疲劳问题。基于这一本质特性,以典型的正交异性钢桥面板结构体系为研究对象,由结构体系的主导疲劳破坏模式出发,提出正交异性钢桥面板结构体系疲劳抗力评估的新方法。以纵肋与顶板焊接细节和纵肋与横隔板交叉构造细节为主要研究对象,设计8个足尺节段模型,主要包括传统纵肋与顶板焊接细节、新型镦边纵肋与顶板焊接细节和纵肋与横隔板交叉构造细节,通过模型试验研究了两类重要构造细节的主导疲劳破坏模式和实际疲劳抗力,在此基础上结合切口应力评估方法探讨正交异性钢桥面板构造细节切口应力S-N曲线方程、结构体系的主导疲劳破坏模式等关键问题。研究结果表明：传统纵肋与顶板焊接细节和新型镦边纵肋与顶板焊接细节的主导疲劳破坏模式均为疲劳裂纹萌生于焊根并沿顶板厚度方向扩展,二者的实际疲劳抗力基本相同;纵肋与横隔板交叉构造细节的疲劳破坏模式为焊趾开裂沿纵肋腹板方向扩展;对于研究对象而言,萌生于纵肋与顶板焊接细节焊根并沿顶板厚度方向扩展的疲劳破坏模式为控制结构体系疲劳抗力的主导疲劳破坏模式。     

钢箱梁焊接细节基于长期监测数据的疲劳可靠性评估:疲劳可靠度指标

提出基于长期监测数据的钢箱梁焊接细节疲劳可靠度的评估方法,并以润扬大桥悬索桥和斜拉桥钢箱梁顶板-U型肋焊接细节为对象开展应用研究。首先,建立疲劳损伤极限状态方程并讨论方程中各个参数的概率分布特性,在此基础上,采用最优化方法进行疲劳可靠度的求解,得到疲劳可靠度指标随服役时间增长的变化规律和日循环次数Nd的随机性对可靠度的影响。最后重点研究疲劳荷载效应增长对可靠度的影响,并据此提出对大桥日常运营管理的建议。结果表明:①将Nd作为随机变量处理是偏安全的,且Nd的随机性对斜拉桥焊接细节可靠度影响要较悬索桥更为显著;②悬索桥焊接细节的疲劳可靠度明显低于斜拉桥;③考虑疲劳荷载效应的增长会显著减小两桥焊接细节的疲劳可靠度;④为了得到钢箱梁焊接细节在服役期内的疲劳可靠度的准确评估,对其进行长期的应变监测是必要的。     

锚拉板式索梁锚固结构疲劳性能研究

为确保厦漳大桥主桥锚拉板式锚固结构的疲劳可靠性,对该构造进行足尺疲劳试验,研究其荷载作用下的应力分布状况及关键构造细节的疲劳性能。试验结果表明,该构造参数与焊接工艺合理,疲劳性能满足要求。     

钢筋焊接网疲劳S-N曲线试验研究

介绍了热轧带肋钢筋(HRB400)及高延性冷轧带肋钢筋(CRB600H)焊接网疲劳性能试验结果。对疲劳试件制作、试验条件、试件破坏特征及疲劳S-N曲线表达方式等做了说明。以应力变化幅度(Δσ)作为疲劳试验的主要参数,取95%保证率,得到钢筋焊接网疲劳S-N曲线方程,并对曲线方程斜率(K_1,K_2)作了分析比较。当S-N曲线设水平截止线,循环次数N=2×10~6时,对应的应力幅不低于100MPa。当S-N曲线以循环次数N=10~7作为分界点,曲线被分为二段折线,分别得2个斜率K1和K_2。将本次试验的二种焊接网与十余年前试验的冷轧带肋钢筋(CRB550)焊接网疲劳曲线对比,3种钢筋焊接网S-N曲线方程,偏于安全地考虑,可用一种钢筋(CRB550)焊接网S-N曲线方程代替。试验研究结果也是焊接网规程JGJ114—2014疲劳条文编制的主要依据。     

基于断裂力学的钢桥面板纵肋顶板焊接细节疲劳性能对比研究

正交异性钢桥面板纵肋顶板传统单面焊焊接细节疲劳危害突出,文章采用新型双面焊焊接细节是提高其疲劳抗力的有效措施之一。针对纵肋顶板两类焊接细节,基于断裂力学评估方法,采用ANSYS有限元软件,分别在其主导疲劳失效模式裂纹萌生点位置引入初始裂纹,对其疲劳性能进行了深入系统的对比研究,结果表明:钢桥面板纵肋顶板单面焊和双面焊焊接细节疲劳裂纹扩展模式均为I型为主的复合型裂纹扩展模式,两类焊接细节I型和III型裂纹扩展规律基本一致,但II型裂纹扩展特性存在显著差异;在标准疲劳车最不利荷载工况作用下,纵肋顶板单面焊和双面焊焊接细节疲劳寿命分别为739.0×104次和1 075.3×104次,双面焊焊接细节疲劳寿命约提高了1.46倍,其疲劳性能更优。     

CFRP加固焊接钢结构的疲劳性能试验研究

由于焊缝自身的缺陷,导致大部分焊接钢结构是由于焊接接头的疲劳断裂而失效。碳纤维增强复合材料(CFRP)加固焊接钢结构应用研究较少,尤其是焊接构件加固之后的疲劳性能的试验和分析。通过试验和计算对比,定量分析对接焊Q345钢板在采用CFRP布加固前后的疲劳性能的改善,并基于BS7608标准,采用有限元软件ANSYS对CFRP布加固焊接Q345钢板进行受力分析,运用S-N曲线预估构件加固后的疲劳寿命。结果表明:CFRP布加固可有效增大焊接钢构件的疲劳寿命;合理修正S-N曲线后,可较准确的预估构件加固后的疲劳寿命。此次研究得到了较准确的结果,对焊接钢构件采用CFRP布加固后疲劳寿命的设计有参考意义。     

Numerical studies of fatigue induced by breathing of slender web plates

Numerical studies of geometric fatigue stresses induced by the breathing of slender steel web plates subjected to repeated shear loading are described. Analysis of available fatigue test results indicates that the Eurocode 3 detail category 125 fatigue strength curve is appropriate for fatigue assessment in terms of principal tensile surface stress ranges. Theoretical displacements, strains and stresses obtained using nonlinear finite element plate analysis show close correlation with test results.     

Fatigue assessment of a composite railway bridge for high speed trains. Part I: Modeling and fatigue critical details

Steel bridges for high speed trains may sustain excessive fatigue damage due to stronger dynamic effects induced by the increased train speed. Dynamic tests were carried out on a composite railway bridge for high speed trains. A detailed finite element (FE) model of the bridge was established and validated by the dynamic test results. Six types of structural details in the bridge were considered for fatigue evaluation. The stress history of each concerned detail during a single train passage was generated by the validated FE model. The stress spectrum, obtained through Rainflow cycle counting of stress history, was used to calculate the fatigue damage of each detail, based on the detail category specified S–N design curve and the Palmgren–Miner damage rule. Among various structural details, the load carrying fillet weld around the gusset plate of the diagonal bracing at the bridge bearing is predicted to be the most fatigue critical detail. In this paper, a general methodology for determination of fatigue critical details is presented, which can serve as a basis of enhanced fatigue evaluation by using local stress approaches. In “Part II: conditions for which a dynamic analysis is needed” as the continuation of this paper, fatigue assessment will be investigated based on the dynamic stresses predicted by different approaches, i.e. static analysis considering dynamic amplification factor, direct dynamic analysis with a moving load model or a train–bridge interaction model.     

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。     

正交异性钢桥面板横隔板切口疲劳应力幅分析

建立全桥模型和简化的钢桥面板局部节段模型,通过子模型法插值得到横隔板疲劳细节模型的边界条件,计算不同车轮横向分布对应的疲劳细节局部应力,研究横隔板参数变化对横隔板疲劳细节损伤的影响。结果表明:混合单元模型与钢桥面板简化模型对应的应力幅相差小于5.0%,采用钢桥面板简化模型分析横隔板疲劳细节受力简单合理。横隔板疲劳细节在车轮偏离中心位置150 mm时应力幅最大,随着车轮偏离中心位置距离的增大,应力幅下降明显。横隔板间距增大,横隔板疲劳细节应力幅上升,增加横隔板厚度可有效改善其疲劳受力性状。     

Q690D高强钢焊缝连接疲劳性能试验研究

文中对Q690D高强度钢材及其焊缝连接的疲劳性能进行试验研究,讨论Q690D母材、对接接头、十字接头三种连接形式的疲劳极限;拟合了S-N设计曲线,并与现行规范进行比较,对其疲劳特性及疲劳寿命给予评价。试验结果表明：Q690D母材与普通钢材相比表现出较高的疲劳抗力;GB50017设计曲线能较好评估循环次数大于30万对接接头的疲劳寿命,且具有足够安全储备;十字接头S-N设计曲线与AISC360规定的疲劳设计曲线吻合较好。采用电镜扫描分析不同阶段断口的微观形貌特征,并基于零塑性累积应变率假设得到疲劳损伤公式,讨论焊接缺陷对试件疲劳损伤的影响。断口形貌可以反映试件的疲劳损伤发展过程,损伤曲线又很好地解释了断口的形成机理。     

周期荷载作用下黄砂岩疲劳破坏变形特性试验研究

为研究周期荷载对工程岩体长期稳定性的影响作用,利用Rockman207岩石力学试验系统对黄砂岩试件进行了单轴条件下不同上限应力和应力幅值的周期荷载疲劳试验。试验结果表明:黄砂岩的疲劳破坏受到静态应力–应变全过程曲线轴向、环向以及体积变形量的控制,在控制曲线的峰值强度或峰值强度之后,疲劳试验过程中会出现"初始破坏";黄砂岩疲劳破坏轴向和环形不可逆变形的3阶段发展规律的本质影响因素是产生的应变速率不同,黄砂岩的疲劳破坏过程是轴向和环向不可逆变形不断累积的过程;在一定条件下,黄砂岩的循环次数–上限应力曲线(N–S曲线)可以用来预测岩石的疲劳寿命。     

基于三参数威布尔分布模型的铸钢及对接焊缝腐蚀疲劳寿命评估方法

在海洋腐蚀环境和往复荷载耦合作用下，结构会产生腐蚀疲劳问题。为了更准确地拟合铸钢母材及对接焊缝的腐蚀疲劳应力 寿命（S-N）曲线，采用基于三参数威布尔分布对曲线进行修正，得到不同失效概率下的S-N 曲线表达式。采用概率权重矩法(PWM)求出威布尔参数的两个通解，其拟合结果接近，相对误差不超过5%。与Stromeyer模型S-N曲线拟合结果进行对比，发现基于三参数威布尔模型S-N 曲线具备更好的弯曲形状且拟合精度更高。对于G20Mn5QT铸钢母材，其拟合结果与疲劳试验值的误差平均值为13.8%；对于对接焊缝，其拟合结果与疲劳试验值的误差平均值为11.8%。     

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。     

疲劳变形曲线与静载应力-应变曲线对应关系

基于疲劳和静载作用下混凝土损伤失效机理的一致性,以及混凝土的宏观变形取决于内部微裂纹扩展的基本原理,理论上分析了疲劳变形曲线与静载应力-应变曲线之间的对应关系,并进行了试验验证。结果表明,疲劳变形曲线第二阶段终点的最大变形为材料常数,与应力水平的大小和加载历史无关,且与静载作用下混凝土的峰值应变相当;疲劳变形曲线第三阶段与静载曲线的软化段有一定的对应关系,混凝土疲劳破坏时的最大应变与单调加载软化段中最大疲劳应力对应的应变相等。研究结果为从本质上揭示疲劳变形的演化规律提供参考。