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。     

8.8级M24高强螺栓的常幅疲劳性能试验研究

为研究8.8级高强螺栓"轴心拉-拉"常幅疲劳性能,对材质为35K的M24高强螺栓进行了3个试件静力拉伸试验和15个试件(应力比为0.3)的常幅疲劳试验,拟合了S-N曲线,对代表性试件疲劳断口进行宏观和微观分析,并与基于GB 50017—2017《钢结构设计标准》相关公式的计算结果进行了对比。结果表明:疲劳试验数据总体较为离散,但均在95%置信区间内,拟合的S-N曲线基本反映不同应力幅下试件的疲劳寿命;试件缺口效应明显,尤其在螺栓螺纹齿根处,应力集中程度严重,点状疲劳源易扩展形成线状疲劳源,断口韧窝特征明显;相比标准建议值,试验所得2×10⁶次对应疲劳强度为其1.61倍。     

预裂纹混凝土拉压疲劳荷载下裂纹扩展速率

为研究C50混凝土预裂纹在拉压循环荷载下的扩展速率,进行了应力比为-1,应力幅值为020~130MPa的拉压疲劳试验.针对混凝土在拉压疲劳荷载下裂纹扩展时其长度不易确定的问题,提出潜行等效裂纹长度假说对试验结果进行分析.结果表明：混凝土裂纹第1阶段起始扩展区和第2阶段稳定扩展区比较明显,第3阶段加速扩展区不明显,在稳定扩展区后期,裂纹扩展曲线的斜率并不像金属那样快速增加,而是增幅趋缓,在稳定扩展阶段后期无征兆突然破坏,与混凝土脆性断裂的特性相一致.利用最小二乘法拟合得到裂纹扩展速率Pairs公式中的参数C,m,在考虑50%,90%,99%的存活率时,C可在031~045,076~099,122~198中取值,m取值范围对存活率大小的敏感性较低,可在30~48之间取值.     

变幅荷载中次高荷载对疲劳裂纹扩展的影响

通过１６Ｍｎ钢紧凑拉伸试件的变幅加载疲劳裂纹扩展试验，研究了次高荷载对裂纹扩展的影响。研究结果表明，次高荷载降低了最高荷载对裂纹扩展的迟滞效应，次高荷载值越接近最高荷载，降低迟滞的作用越大。次高荷载的这种作用可以解释单峰过载和随机加载裂纹扩展的很大差异。     

孔洞对爆生裂纹动态扩展行为影响研究

试验研究含有预制裂纹的砂岩圆板在爆炸荷载下不同孔洞间距(S)对裂纹动态扩展行为的影响。试验中采用应变片测试获取爆炸加载波形作为AUTODYN数值模拟裂纹扩展效果及ABAQUS数值计算应力强度因子的加载力。试验中采用CPG测得裂纹起裂—扩展时刻,根据测得试验数据得出普适函数,对ABAQUS计算所得应力强度因子进行修正最终得到裂纹动态极限应力强度因子。通过对比分析在不同孔间距下裂纹的动态极限应力强度因子,裂纹扩展长度及裂纹扩展速度得出以下述结论:(1)孔洞对爆炸荷载下的预制裂纹动态扩展行为有所影响,且孔洞间距越小其影响效果越显著;(2)一般情况下裂纹的起裂极限应力强度因子要略高于扩展极限应力强度因子,裂纹的扩展速度对裂纹扩展极限应力强度因子有一定影响,且二者总体趋势呈反比;(3)当裂纹扩展至孔洞附近时,由于孔洞的作用提高了裂纹的扩展极限应力强度因子,进而降低了裂纹的扩展速度并减小了裂纹的扩展长度。此外若将孔洞视为隧道光面爆破中的辅助孔或周边孔,那么研究结论可为隧道光面爆破中控制断面内的原生裂纹扩展长度,以期达到隧道围岩最大程度上的完整性提供理论支撑。     

高强度钢材疲劳性能研究进展

疲劳破坏是钢结构失效的主要形式,也是工程界与学术界关注的重点。在总结了国内外高强钢母材、焊缝连接和螺栓连接的疲劳性能研究现状基础上,介绍了疲劳寿命理论计算方法,结合大量试验数据分析统计了高强度钢材疲劳寿命发展规律,并基于国内外不同的疲劳设计规范对高强钢母材及连接接头的抗疲劳能力进行了评估。结果表明：随着钢材强度等级的提高,高强钢母材表现出较好的疲劳性能,规范设计曲线偏于保守,明显低估了高强钢母材的抗疲劳性能;受焊接工艺和焊接质量影响,高强钢焊缝连接的疲劳强度提高幅度较小,ANSI/AISC 360-10和EN 1993-1-9规范曲线能够较好地评估Q460D与Q690D焊缝连接的疲劳特性,并具有足够的安全储备;螺栓连接的疲劳强度受预紧力、摩擦面处理、成孔方式等众多因素影响,已有研究表明随着钢材强度的提高,疲劳强度亦有改善,ANSI/AISC 360-10和BS 7608-2014设计曲线适用于Q460螺栓连接疲劳寿命计算,具有足够安全保障,对于Q690钢螺栓连接疲劳性能评估,规范方法偏于保守。随着高强度钢材在实际工程中的应用增多,需开展大量不同等级高强钢母材和连接形式的疲劳试验,补充Q460及以上强度钢材的疲劳设计方法和细部连接构造。     

随机变幅荷载作用下焊接节点海水腐蚀疲劳裂纹扩展试验

本工作采用国产海上平台用钢的T型和十字形板状焊接节点试件,模拟导管架臂节点的弯曲受力状态,在随机变幅荷载下进行了海水腐蚀疲劳裂纹扩展试验,分别测得在海水自由腐蚀和阴极保护条件下的(~—da/dN)-AK~(NM)关系曲线。对于十字型焊接节点试件,根据试验测得的裂纹扩展速率曲线,用断裂力学方法对其海水腐蚀疲劳裂纹扩展寿命(有阴极保护)进行了估算,估算得到的裂纹扩展寿命曲线与试验数据,以及用线性累积损伤理论估算的寿命曲线,进行了分析比较和讨论。     

FRP布置方式对含裂纹钢板加固后的疲劳性能影响分析

以FRP加固的含中心裂纹和单边裂纹钢板为研究对象,在等刚度加固条件下,对FRP平铺和叠加方式加固的含裂纹钢板的疲劳性能进行研究,比较两种布置方式加固的含裂纹钢板的应力强度因子和裂纹扩展寿命,并对影响因素进行参数分析。结果表明,FRP布置方式对含裂纹钢板的疲劳性能有明显影响。对于含中心裂纹钢板,两种布置方式加固后钢板的裂纹扩展寿命比值受FRP厚度和初始裂纹长度的影响较大,在文中试件参数下,叠加与平铺方式加固试件的裂纹扩展寿命比值为0.620~1.063。对于含单边裂纹钢板,叠加方式的加固效果明显好于平铺方式,并随着FRP厚度和胶层厚度的增加,叠加方式相比于平铺方式的优势更加明显,在文中试件参数下,叠加方式的裂纹扩展寿命可以达到平铺方式的3倍以上。最后,提出实际工程加固中FRP的布置建议。     

ACPD法测量管节点中疲劳裂纹的增长过程

用交流电势能落差法(ACPD)测量了一个大型K节点在疲劳破坏过程中表面裂纹增长和破坏过程。对于评价管节点疲劳寿命经常使用的一个破坏力学参数———应力强度因子,通过试验数据和Paris公式得到了裂纹在扩展过程中其数值的变化情况。     

CFRP加固含疲劳裂纹钢板的有限元参数分析

CFRP加固含疲劳裂纹钢板可显著提高其疲劳寿命。采用有限元分析方法,详细研究了CFRP长度、宽度、厚度、弹性模量,胶层的剪切模量和厚度等各种参数对加固效果的影响。结果表明:提高CFRP的弹性模量、厚度,采用适当的胶层剪切模量、厚度,对提高加固效果显著。根据有限元计算结果,归纳得出应力强度因子幅的计算经验公式,该经验公式与有限元计算结果和试验结果符合较好,可用于计算CFRP加固含疲劳裂纹钢板疲劳寿命的计算。     

城市区域调峰天然气球罐复合型裂纹扩展影响因素分析

本文以某燃气企业区域调峰天然气球罐为例,针对开罐检测发现的裂纹扩展的问题,基于断裂力学基本理论,分析裂纹扩展作用机理,从Ⅰ型、Ⅱ型裂纹应力强度因子计算方法入手,利用叠加原理得出了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹应力强度因子计算方法。应用该计算方法分析了裂纹扩展的影响因素,结果表明：初始裂纹尺寸和运行压力为主要影响因素。该计算方法提供了一种预测调峰天然气球罐裂纹扩展的分析方法。     

混凝土梁内坑蚀钢筋的疲劳断裂特性及其压磁表征研究

文章开展带蚀坑纵筋的混凝土梁疲劳试验,实时测量和分析坑蚀钢筋的压磁信号。研究结果表明：纵向钢筋在跨中蚀坑处的脆性断裂引发梁的疲劳失效,蚀坑会严重降低混凝土梁的疲劳寿命;跨中挠度、混凝土压应变和压磁信号均符合疲劳三阶段的变化规律,压磁滞回曲线变幅能够反映梁中坑蚀钢筋的疲劳损伤进程。基于断裂力学方法预测了梁内坑蚀钢筋的疲劳裂纹扩展过程,并通过建立压磁信号和钢筋蚀坑处应力强度因子的定量关系获取混凝土内坑蚀钢筋疲劳裂纹扩展速率,发现断裂力学方法和文章压磁方法预测的裂纹扩展结果基本一致且压磁信号对混凝土梁内坑蚀钢筋疲劳裂纹扩展很敏感。研究结果有望为基于压磁方法评估锈蚀钢筋混凝土梁疲劳损伤提供依据。     

基于虚拟裂纹闭合技术的有限元方法及其在高温混凝土断裂参量计算中的应用

作为一种重要的工程结构材料,混凝土构件的安全问题成为工程界普遍关心的问题,随着科学与技术的发展,混凝土构件的使用条件越来越苛刻,特别是在高温条件下的断裂行为更是成为人们关注的焦点.基于文献[1]在常温下所作的混凝土紧凑拉伸试件测量应力强度因子的实验结果,利用ANSYS有限元商业软件计算了相同载荷条件下混凝土紧凑拉伸试件的应力应变场,用虚拟裂纹闭合技术(VCCT)计算了试件的应力强度因子,计算结果与实验结果吻合较好,验证了该算法和程序计算混凝土构件应力强度因子的可靠性.在此基础上考虑温度对材料力学性能的影响,计算了同样的结构在外载作用下的应力应变场,并获得了不同温度条件下的应力强度因子.计算结果表明:在相同力载荷加载条件下,随着温度的增加,混凝土结构的柔度增加;在相同位移加载条件下,随着温度的增加,混凝土的应力强度因子逐渐减小.     

UHPC层对纵肋与顶板焊接细节疲劳裂纹加固效果研究

钢桥面板纵肋与顶板焊接细节是疲劳开裂最为严重的部位之一,为探究UHPC层对纵肋与顶板焊接细节的加固效果,文章采用数值模拟的方法分别研究了引入UHPC层前后不同尺寸裂纹关注点的应力强度因子幅值,研究结果表明:起裂于顶板焊根及顶板焊趾往顶板厚度方向扩展的疲劳裂纹均为I型为主的疲劳裂纹,其中,焊根裂纹较焊趾裂纹具有更强的扩展能力;采用UHPC层加固后,各尺寸疲劳裂纹关注点应力强度因子幅值ΔK_(eff)降幅均在50%以上,表明该加固方法能够较为有效地抑制疲劳裂纹的扩展;当表面裂纹长度较短时,可以不做处理,但当焊趾裂纹超过42 mm,焊根裂纹34 mm,应结合其他加固方式进行加固处理。