城市轨道交通钢桥疲劳损伤等效系数研究

为研究城市轨道交通钢桥疲劳损伤等效系数,根据Eurocode中S-N曲线和损伤等效系数法,对中国城市轨道交通钢桥疲劳损伤等效系数进行求解分析。提出6种适用于中国城市轨道交通钢桥的列车编组,选取ZC、ZK和LM71这3种荷载图式作为疲劳荷载模型。根据中国城市轨道交通的实际交通量,提出1种采用双斜率S-N曲线的简化算法,与采用单斜率S-N曲线求解方法进行对比分析。求解分析各项疲劳损伤等效系数,并针对中国城市轨道交通钢桥列车编组的特点提出考虑列车最大容许速度影响的损伤等效系数λ_v。结果表明：以ZC图式作为疲劳荷载模型,考虑列车最大容许速度的影响,依据双斜率S-N曲线简化算法求得的损伤等效系数较能合理地对中国轨道交通钢桥进行疲劳验算。     

圆管-方管混凝土T型节点疲劳性能试验研究

基于热点应力法的管节点疲劳性能研究思路中,热点应力集中系数和疲劳寿命是描述焊接管结构节点疲劳性能的两个主要方面。对8个支管为圆管主管为内填充C50等级混凝土的方管节点试件（CT1～CT8）进行热点应力试验以确定其热点应力集中系数（SCF）,在此基础上进行疲劳试验以确定其疲劳寿命（N3）,并将试验结果与具有相同几何尺寸和受力条件的圆管-方管节点试验结果以及相关规范进行比较分析。研究表明,支管受轴向荷载下,圆管-方管混凝土节点较对应空钢管节点而言,节点区刚度分布有明显改善,前者SCF最大值均小于后者SCF最大值,具有更好的疲劳性能;已有规范中关于空钢管节点疲劳性能的S-N曲线不适用于进行圆管-方管混凝土T型节点的疲劳性能分析。     

K型钢管混凝土节点疲劳性能试验研究

以湘潭四大桥桁架拱为工程背景,进行了三种规格的K型钢管混凝土节点的疲劳试验,基于热点应力计算了K型钢管混凝土节点的疲劳荷载幅值,表明热点应力法能够较好地评估钢管混凝土节点的疲劳寿命;试验表明K型钢管混凝土节点的疲劳性能明显优于K型钢管节点。在此基础上初步提出了K型钢管混凝土节点的S—N曲线,对建立K型钢管混凝土节点疲劳寿命设计准则具有一定的参考意义。     

基于车桥耦合随机振动分析的钢桥疲劳可靠度评估

发展了一种基于车桥耦合系统随机振动分析的铁路钢桥疲劳可靠度评估方法,建立车桥耦合系统模型,选取车速和轨道不平顺作为基本随机变量进行随机振动分析,以此确定桥梁构件等效疲劳应力幅及其循环次数的概率模型。在此基础上,建立基于S-N曲线法的疲劳极限状态函数并进行疲劳可靠度分析。以一座铁路下承式钢桁梁桥为例进行了疲劳可靠度评估,并讨论了车速及轨道平顺性对构件疲劳可靠性的影响。结果表明：该文方法可有效用于铁路钢桥疲劳可靠度评估;受车速及轨道不平顺随机性的影响,列车引起的桥梁构件等效疲劳应力幅及其循环次数均具有一定的不确定性,应视为随机变量,二者可采用对数正态分布表示;车速和轨道不平顺可显著影响桥梁构件的疲劳可靠性,疲劳关键构件的可靠度指标随着轨道平顺性增强而提高。     

管节点表面裂纹疲劳扩展的数值模拟

本文采用线弹簧单元与ＡＤＩＮＡ程序结合计算了表面裂纹在交变载荷作用下的应力强度因子，首次提出了预埋线弹簧单元法模拟表面裂纹疲劳扩展，并发展了相应的技术和软件。     

WCFT柱-钢梁节点抗震性能试验研究

提出了壁式钢管混凝土(WCFT)柱与钢梁连接的侧板式节点。为研究其抗震性能,设计了3个侧板式节点足尺试件进行拟静力试验,分析试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化和节点域应变。试验结果表明:3个节点试件的节点域均处于弹性阶段,满足侧板水平及竖向强度比的侧板式节点试件破坏形态为梁端塑性铰破坏,发生梁端塑性铰破坏的节点试件具有较好的变形和耗能能力;侧板水平或竖向强度比不足100%的侧板式节点试件呈现脆性破坏特征。在试验研究的基础上,结合梁端内力传导机制提出了侧板式节点在节点域外的三种破坏模式及相应判别公式,与试验结果基本吻合,从而为工程设计提供参考。     

无锡钢桥整体拖拉实施方案简介

介绍了一种大吨位钢桥整体拖拉就位的施工技术,并对方案实施过程中出现的具体问题及应对措施作了分析探讨。这对此类施工技术的实施,推广应用建设部“十大新技术”具有广泛的现实意义及借鉴作用。     

钢骨混凝土异形柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为了研究钢骨混凝土异形柱-钢梁节点的抗震性能,进行了4个T形钢骨混凝土柱-钢梁节点和4个L形钢骨混凝土柱-钢梁节点的拟静力试验。试验考虑了混凝土强度等级、核心区配箍率和轴压比等参数的影响,对骨架曲线、承载力、核心区剪切变形、延性和耗能能力等抗震性能指标进行了分析。结果表明,在低周往复荷载作用下,钢骨混凝土异形柱-钢梁框架节点滞回曲线饱满,表现出良好的延性性能和耗能能力,典型破坏形态为节点核心区剪切斜压破坏和节点区焊缝失效破坏;高轴压力下节点具有较高的承载能力但延性性能降低;混凝土强度越高,节点承载能力越大,但延性性能越差;增大核心区配箍率对试件的延性和承载力有明显的提高,并能改善试件屈服后的耗能能力。     

基于概率断裂力学的老龄钢桥使用安全评估

我国交通线上存在大量老龄钢桥,这些老龄钢桥承受着日益繁重的交通荷载,其疲劳剩余寿命已受到桥梁管理部门的高度重视.为确保老龄钢桥的使用安全,避免不必要的维护与更换,建立老龄钢桥疲劳剩余寿命与使用安全评估方法十分必要.建立了反映老龄铆接钢桥疲劳破坏机理的脆断和韧断概率失效模型,给出了用于疲劳可靠性分析的极限状态方程,合理确定了随机变量的参数取值.建立了铆接钢桥构件单角钢概率疲劳破坏模型,基于Monte Carlo算法实现了铆接钢桥构件单角钢疲劳断裂失效概率的计算,编制了相应的概率断裂分析程序SAPFF.进而将铆接构件概率断裂模型应用于上海市浙江路桥的时变疲劳可靠度分析,并给出了浙江路桥概率疲劳剩余寿命评估结果与维护对策.     

Q550D高强钢焊接节点疲劳强度试验研究

试验研究了国产Q550D高强度结构钢、焊缝的基本力学性能以及横向对接焊缝和非承载横向角焊缝连接件的疲劳性能。介绍了试件的加工方法、焊接工艺、疲劳试验及其数据处理方法,将疲劳试验结果与国内外钢结构设计规范以及他人的研究结果进行了分析对比。研究表明：Q550D高强钢母材及其焊缝具有优良的延伸率和低温冲击韧性,余高磨平的钢板对接焊缝和横向角焊缝连接件的疲劳强度都分别显著地高于国内外钢结构设计规范关于普通强度钢材相应焊接节点的疲劳强度,200万次疲劳强度分别提高了72%~125%和27%~68%。钢板对接焊缝的余高磨平可改善因焊缝的几何形状和缺陷引起的应力集中程度,比原状焊缝具有好的疲劳性能。无论余高磨平或未磨平的钢板对接焊缝,还是横向角焊缝连接件,它们都具有随高强钢屈服强度的增加而疲劳强度提高的趋势。分别提出了Q550高强钢钢余高磨平的钢板对接焊缝和横向角焊缝连接件的S-N曲线,可供抗疲劳设计参考。     

钢桥面板纵肋与横隔板焊接细节表面缺陷及疲劳效应研究

初始焊接缺陷是影响结构件疲劳性能的关键因素之一。在断裂力学评估框架下引入特征化初始焊接缺陷,结合相互作用积分法与复合断裂准则解决由表面缺陷所导致的复合型疲劳裂纹扩展问题,在此基础上编写裂纹扩展模拟程序,建立表面焊接缺陷效应评价方法,通过分析揭示了不同形态和尺度的初始焊接缺陷对于钢桥面板纵肋与横隔板构造细节裂纹扩展关键性度量指标和疲劳寿命预测的影响。结果表明：所建立的方法可有效用于评估焊趾部位表面焊接缺陷对于疲劳性能的效应;面状缺陷对于裂纹扩展度量指标和疲劳寿命预测结果的影响更为显著,其初始缺陷深度和形态均是影响疲劳性能的关键因素,体积型缺陷对于疲劳寿命的影响主要由深度方向的缺陷尺寸决定;焊接缺陷的形态和几何参数取值应根据工程实际和规范建议值共同确定,直接简化为面状缺陷会低估结构件的疲劳寿命;考虑焊接缺陷不确定性的可靠度评估方法尚需进一步研究。     

WNQ570桥梁钢及其对接焊缝疲劳裂纹扩展性能试验研究

对WNQ570桥梁钢及其对接焊缝进行了疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹扩展门槛值测定试验,采用两种不同数据拟合方法分别得到具有95%保证率的疲劳裂纹扩展参数。结果表明：本批次的WNQ570钢材具有良好的疲劳裂纹扩展性能,其中对接焊缝疲劳裂纹扩展速率高于母材;在应力强度因子幅值处于10 MPa·m^1/2～70 MPa·m^1/2的常规区间时,基于单试件数据点的处理结果对应的裂纹扩展速率明显高于基于成组数据点的处理结果;WNQ570的疲劳裂纹扩展速率随应力比增加而增加,疲劳裂纹扩展门槛值随应力比增加而降低。     

钢结构角焊缝抗剪疲劳性能的试验研究

国内外学者对钢结构的焊缝连接在名义正应力荷载条件下的疲劳性能进行了广泛的研究,但是所见文献中对焊缝在名义剪切应力下的疲劳性能研究较少。为此,以Q345B钢材制作了原状处理的侧面和正面角焊缝连接的2组板材试件,采用高频疲劳试验机进行常温剪切疲劳试验,并进行数据拟合。试验结果发现：该文试验中的2类焊接试件的疲劳试验结果具有非常大的离散性。由中国钢结构规范GB 50017-2017得到的200万次下的疲劳强度值比侧面角焊缝试验拟合曲线计算得到的值小,两者曲线吻合较好;正面角焊缝试验所得疲劳强度高于各国规范;正面角焊缝接头抗剪切疲劳强度高于侧面角焊缝接头;正面角焊缝疲劳破坏形式为贯通焊缝裂纹,侧面角焊缝为焊趾向热影响区延伸裂纹。研究结果表明：现有中国规范评价侧面和正面角焊缝剪切性能都偏于安全,但是使用规范推荐的曲线评估侧面角焊缝剪切疲劳性能较为合适。     

型钢混凝土梁梁连接节点疲劳强度分析

基于疲劳试验进一步分析了H型钢混凝土(SRC)梁梁连接节点的疲劳破坏模式和机理,探讨了表征这种组合节点疲劳强度的参数,对其疲劳强度进行了评估。研究表明:SRC梁梁节点疲劳破坏发生在连接到主梁的次梁截面上,次梁H型钢受拉翼缘的疲劳断裂是这种组合节点疲劳破坏的关键特征;提出了采用次梁H型钢受拉翼缘应力幅和国内外钢结构疲劳设计规范相关的S-N曲线的计算方法来进行对SRC梁梁节点的疲劳强度评估,该方法简单实用且偏于安全。     

钢结构角焊缝低温抗剪疲劳性能的试验研究

国内外学者对钢结构的焊缝连接在常温下的疲劳性能进行了广泛的研究,但是所见文献中对构造细节在低温下的疲劳性能研究较少。为此,以Q345B钢材制作了原状处理的侧面和正面角焊缝连接的两组板材试样,采用高频疲劳试验机在0℃、-20℃、-40℃下进行低温疲劳试验,并进行数据拟合。试验结果发现：对于侧面角焊缝试样而言,低温会提高构造细节的疲劳寿命,而低温对正面角焊缝试样的影响并不明显。低温下的正面角焊缝抗疲劳强度高于侧面角焊缝。正面角焊缝疲劳破坏形式为贯通焊缝裂纹,侧面角焊缝为焊趾向热影响区延伸裂纹。研究结果表明：低温对于不同的构造细节形式的节点疲劳寿命的影响没有统一的结论,有待更多试验进行研究并分析。     

铁路正交异性桥面加劲肋-横隔板局部疲劳受力特性研究

正交异性钢桥面因整体性好、承载力强等优势在铁路大跨度桁梁及箱梁斜拉桥、拱桥等桥型中应用越来越广泛,其疲劳特性与公路桥面具有显著的差异。针对铁路正交异性钢桥面加劲肋与横隔板连接处的疲劳敏感区,通过弹性支撑梁理论及闭口薄壁杆件理论分析其局部受力特征,提出了加劲肋疲劳敏感部位面内疲劳应力的解析公式,分析了解析公式中各疲劳影响因素的影响程度及作用机理。基于甬江特大桥——大跨度铁路斜拉桥的钢箱梁正交异性桥面设计了包含2个U肋及2个V肋的正交异性桥面疲劳试验模型,并进行了560万次疲劳加载。研究结果表明：解析公式与有限元分析、试验测试结果相符良好;试验模型测试结果能准确反映疲劳敏感点的应力情况,解析理论则能够反映疲劳敏感点应力的影响因素与规律;在铁路荷载下,加劲肋与横隔板的焊缝长度和加劲肋腹板倾角的增大能够有效降低加劲肋的疲劳应力幅;在铁路正交异性钢桥面板中面积相近、抗弯刚度相等的V肋比U肋具有更好的抗疲劳工作性能。     

调质42CrMo钢的弯曲微动疲劳实验研究

针对循环软化材料调质42CrMo钢进行了常规弯曲疲劳实验和弯曲微动疲劳实验,分析了常规弯曲疲劳和弯曲微动疲劳之间的差异,并讨论了循环弯曲载荷对疲劳寿命的影响。通过分析不同弯曲载荷下弯曲微动疲劳试样断口的形貌和不同循环次数下微动损伤的情况,揭示调质42CrMo钢弯曲微动疲劳过程中的损伤特性。研究结果表明：同一循环载荷作用下,弯曲微动疲劳的寿命明显低于常规弯曲疲劳的寿命;随着循环弯曲载荷的增大,弯曲微动疲劳的寿命降低更明显;微动引起的局部接触疲劳和局部塑形变形促进了弯曲微动疲劳裂纹的萌生和进一步扩展。     

碳钢材料的表面冲蚀疲劳研究

根据固体疲劳磨损理论并结合接触力学的有关分析结论,设计了一套确定塑性接触状态下材料表面粒子冲蚀疲劳特性参数的方法,同时依此方法确定碳钢材料的粒子冲蚀应变值,应变指数。