公路钢桥疲劳车辆荷载研究进展

车辆荷载反复作用下的疲劳损伤是影响钢桥运营安全和耐久性能的重要控制因素.新桥疲劳设计和既有桥梁评估应采用疲劳荷载.目前我国的桥梁规范还没有疲劳车辆荷载的取值规定.本文详细阐述了我国桥梁疲劳车辆荷载的疲劳设计状况和研究现状,系统介绍了几个发达国家桥梁疲劳车辆荷载的规范规定及其最新研究进展.本文还就建立适合我国国情的基于动态车辆称重WIM(Weigh-in-Motion)数据的车辆疲劳荷载模型或荷载谱作了初步的探讨性研究.     

钢桥荷载谱中高荷载对疲劳裂纹扩展的影响

陈述了在随机加载条件下，Ｒａｙｌｅｉｇｈ分布荷载谱中高荷载对１６Ｍｎ钢疲劳裂纹扩展影响的研究。实验表明，在比较接近钢桥服役条件的荷载谱中，高荷载循环加速了疲劳裂纹扩展，缩短了裂纹扩展寿命。     

对铁路钢桥等效疲劳荷载的讨论

通过对列车荷载影响结构疲劳寿命的各项参数进行统计分析 ,得出等效疲劳荷载的方法。同时 ,基于可靠度理论提出了由该方法得出的模拟疲劳荷载的可靠指标。     

钢桥疲劳评估研究进展

介绍近期国内外关于钢桥疲劳研究的新进展,主要是热点应力法、临界距离理论法、连续介质损伤力学和断裂力学法在钢桥疲劳评估中的应用。分析现行设计规范推荐的疲劳评估法存在的不足,提出钢桥疲劳三阶段评估法。在整体-局部模型和局部精细化模型中采用热点应力、临界距离理论与断裂力学法是三阶段疲劳评估的关键内容。三阶段疲劳评估法具有良好的普遍适用性,可提高疲劳寿命评估的效率和准确性。     

铁路栓焊钢桥疲劳设计

简要介绍了我国铁路钢桥由铆接结构发展到栓焊结构的历程。铁路桥梁承载大,结构的荷载效应变化频繁,焊接桥梁构造容易产生疲劳破坏。在1965年铁路栓焊桥梁的发展之初,就开始进行了疲劳试验研究,根据数十年的使用经验和研究资料,给出了疲劳抗力方程和铁路栓焊钢桥疲劳设计的列车疲劳应力、结构疲劳抗力的计算方法以及疲劳应力检算方法。研究成果已应用于铁路桥梁设计中,由于铁路高速、重载的发展方向,研究还有待于进一步深入。     

江阴长江公路大桥疲劳荷载车辆模型分析研究

对江阴长江公路大桥实测的14类日常典型的运营车辆组成的荷载频值谱,依据等效疲劳损伤原理,简化成由6类模型车辆组成的具有实用性的荷载频值谱,该结果对于日常车辆交通构成与文中状况相类似的其他公路钢桥的疲劳损伤度验算具有一定的参考价值。     

铁路运营重载货车后既有钢桥疲劳寿命评估

针对我国铁路对重载运输的需求,对铁路货车轴重提高至270kN时,不同年运量等级下跨度64m下承式钢桁梁的疲劳寿命进行评估。基于当前的典型疲劳列车,通过替换重载货车的办法,制订270kN轴重疲劳列车;采用大型计算软件STAAD/PRO进行建模分析,得到重载疲劳列车经过桥梁时各关键构造细节的应力历程;采用自编雨流程序,得到相应应力频谱;根据Miner线性累积损伤法则,计算得到不同年运量条件下,桥梁各关键构造细节的剩余疲劳寿命。     

钢桥整体节点疲劳寿命评估

以某钢桁梁桥为背景,基于ANSYS有限元软件对桥梁在移动荷载作用下的动力性能进行分析,找出了桥梁最不利的整体节点;提取了车辆过桥时,该整体节点的应力时程曲线,利用雨流计数法原理,计算出该整体节点处的应力频值谱,并利用名义应力法对桥梁整体节点疲劳寿命进行了评估。研究结果表明,桥梁整体节点设计合理,正常使用年限内是不会产生破坏的。     

钢桥疲劳荷载效应监测数据概率建模与疲劳可靠性分析方法

疲劳荷载效应的概率模型是钢桥疲劳极限状态方程的关键内容。针对钢桥疲劳荷载效应监测数据的多峰分布特征,提出基于高斯混合模型的监测数据概率建模方法。首先,构造疲劳荷载效应观测数据的完整似然函数,在此基础上采用Expectation Maximum算法对高斯混合模型的权重、均值及方差等参数进行迭代估计。同时,采用信息统计学中的AIC和BIC准则来确定高斯混合模型的最优高斯分量数,以此来兼顾概率模型的准确性和简洁性。研究发现,高斯混合模型可以较好地描述日等效应力范围和循环次数的多峰分布特征。最后,采用荷载效应的高斯混合模型建立钢桥疲劳极限状态方程,在此基础上分析润扬大桥钢箱梁3个焊缝细节的疲劳可靠度。     

高速铁路钢桥疲劳设计研究

首先对我国铁路钢桥设计规范的疲劳设计方法予以回顾,针对高速铁路钢桥受力特点,分析了疲劳设计应特殊考虑的问题,最后提出设计方法．     

Fatigue assessment of highway steel bridges in presence of seismic loading

In this study a LEFM (Linear Elastic Fracture Mechanics) approach is used in a probabilistic context to evaluate the fatigue reliability of steel girder highway bridges in the presence of seismic loading. In the first part the fatigue damage is related to the traffic load produced by heavy trucks crossing the bridge; the second part deals with the fatigue damage related to seismic loading. Both damage typologies are analyzed using linear elastic fracture mechanics principles, and the time required for an initial crack propagation is calculated. Taking into account that the correlation between fatigue effects and seismic actions is not usually considered in the literature, this method could enable a better understanding of progressive damage phenomena due to fatigue related problems, and could give some new insights for increasing the remaining fatigue life of a large number of steel bridges in seismic zones.     

现有铁路钢桥的评估

对现有铁路钢桥进行一系列的动力试验、加速度测量、评估、有限元模拟和安全指数计算。采用专门列车进行动力试验,并获取动力参数。这些参数还可用于建立桥梁的有限元模型。如果模型能够反映实际工况,就能用于计算每种工况下桥梁结构的安全指数。这些安全指数可用于计算杆件的破坏可能性,因此可采用本模型评估桥梁的可靠性。通过了解现有桥梁结构的实际工况,本研究可为新的货运列车重级荷载研究提供可靠依据。     

钢桥腹板间隙面外变形疲劳应力分析

采用ANSYS大型通用有限元软件对3跨连续钢板梁桥进行了三维数值模拟,研究了腹板间隙面外变形所产生的应力状态,并对腹板间隙大小、腹板厚度、横撑类型、横撑刚度等关键结构参数进行了分析;根据某高速实际车辆动态称重实测结果,分析了超载车辆作用下腹板间隙处的面外变形应力。结果表明:腹板间隙大小和腹板厚度均对面外变形应力影响较大;车辆超载时,腹板间隙处极易萌生疲劳裂纹。     

半支撑钢剪力墙抗震性能

过去的十年里引进了半支撑钢剪力墙(SSSW)来代替传统钢板剪力墙。该体系中剪力墙不直接与建筑物框架的主柱相连,而是与一对不承受垂直重力荷载的次柱相连。对典型SSSW系统(框架剪力墙抗弯性能较强)进行试验,以研究墙和周围框架的相互作用。基于合理的楼层破坏机制给出设计楼板梁的简单方法,进行准静态循环试验以研究墙板和周围框架的倒塌性能。此外,研制与紧急炉心冷却装置(ECCS)描述相一致的标准循环试验装置。从研究得到的滞回曲线可以看出,随着板件系统刚度的退化,曲线出现捏缩。此外,将试验结果与有限元分析结果进行对比。预测研究表明:框架能够增加墙板的拉力区,因此墙板先于框架发生屈曲。     

低周反复荷载作用下交错桁架体系的抗震性能试验和数值分析

对一个8层钢桁架系统的1∶8缩尺模型在低周反复荷载作用下的性能进行试验研究。试验中,对滞回曲线、骨架曲线和其他相关的变形进行了检测。同时对系统抗震性能,如屈服荷载、变形、延性、耗能、强度和刚度退化等进行了分析。然而,由于钢桁架体系参数的多样性和试验模型的某些特性,本次试验研究并不十分全面。因此,采用AN-SYS软件对模型进行了有限元分析。该有限元模型中考虑了材料和几何非线性,并通过与试验结果对比,证实了其有效性。随后,运用该有限元模型研究了结构参数,如结构高度、高宽比、桁架类型、底层桁架的布置、桁架跨高比和腹板的开口长度的变化,以及它们对于体系抗震性能的影响。基于试验及有限元分析结果,对桁架体系的抗震设计提出了一些建议。     

三维地震作用下钢柱的性能研究

现有日本桥梁设计规范中,计算抗震承载力时仅考虑了一维地震作用。然而,实际地震作用是三维的。介绍了三维地震作用下高架桥墩钢箱柱的一系列数值分析结果。选用2004年Chuetsu地震中的2条主地震波和1条最强余震波。结果表明:在主地震波作用下,考虑二维或三维地震作用时柱产生的变形要远大于一维地震作用。而余震波作用下,由于地震波频率较高,故仅考虑一维地震作用时柱产生的变形更大。     

带缝钢板-框架体系抗震性能的试验研究

带缝钢板-框架体系是一种新型抗震结构,其结构形式为带缝钢板与梁通过螺栓连接,梁与柱铰接。带缝钢板是带有多排垂直裂缝的钢板,从而形成一系列板内受弯构件,可完全抵抗横向荷载,提供刚度和耗能能力。进行带缝钢板-框架体系的试验研究,分为两部分:前一部分研究钢缝板的基本性能,后一部分研究框架中带缝钢板的性能,如:带缝钢板-框架体系性能。详细阐述该体系,并给出试验结果。     

依据规范设计的钢板剪力墙的抗震性能

目前美国钢结构协会(AISC)抗震设计规范纳入了钢板剪力墙(SPSWs)的设计要求。钢板剪力墙由薄钢板中夹着被称为水平边界单元(HBEs)的钢梁和被称为竖直边界单元(VBEs)的钢柱组成。无加劲薄钢板在较低剪力作用下屈曲并发展变形,通过屈服变形达到延性和耗能的目的。HBEs的作用是加劲和提高整体强度,并将屈服局限于薄钢板内。VBEs的作用是促进梁端塑性铰的形成。研究依据规范设计的钢板剪力墙的性能,设计了一系列钢板剪力墙试件,采用不同震级的地面震动反应谱的非线性时程分析对其进行性能研究。研究发现,依据现行规范设计的试件能满足各种地震烈度下最大层间位移的要求,并且在最高地震烈度下最大层间位移比小于5%。由于高阶振型对反应的影响,低层钢板剪力墙的延性要求比高层钢板剪力墙要高。由钢板承担的楼层剪力与由边界框架承担的楼层剪力之比为60%～80%,此比值与板的长宽比和地震烈度无关,而与板的厚度有关。9层或以上钢板剪力墙在低烈度地震下对VBEs的需求比规范计算方法要小很多。     

地震荷载下罗马式教堂的模型与分析：抗震能力评估

分析罗马式砌体教堂以评估其结构性能及地震脆性,从一个特殊案例出发,提供了纪念碑砌体建筑在地震作用下的模型和分析的结果。采用有限元方法对传统的砌体结构进行静态和动态非线性分析并应用于案例研究。采用拟静态方法（地震系数法）评估地震荷载（事实上很多砌体结构地震性能的分析是相同的）,与承载力的对比证实这类建筑大规模的损坏以及可能的坍塌正如经常被观察到的那样。