环口板加固T型圆钢管节点的应力集中系数

由于焊接钢管结构在焊缝处的刚度具有不连续性,因此,该部位存在很高的应力集中现象.局部高应力的存在,使节点在长期循环荷载的作用下,会产生微小的疲劳裂纹,而疲劳裂纹的扩展最终会导致整个节点的疲劳破坏.在研究管节点疲劳破坏时,主要通过热点应力幅（S-N曲线方法）确定其疲劳寿命.在计算焊缝处的热点应力幅大小时,经常用到焊缝周围...     

大跨径波形钢腹板PC组合连续箱梁桥静力特性研究

大跨径波形钢腹板梁桥焊接处的疲劳问题和中墩墩顶处应力集中情况直接影响桥梁整体的承载力,而国内外对大跨径波形钢腹板组合箱梁实桥的研究资料还较为缺乏。该文以某跨径83m+153m+83m单箱单室波形钢腹板PC组合连续箱梁桥为研究对象,通过有限元软件Midas/Civil和ABAQUS分别对该波形钢腹板桥梁的疲劳性能和中墩墩顶处的局部应力特性进行计算,最后进行抗疲劳性能评价和应力集中情况分析,得到了该大桥各截面验算位置处疲劳应力情况以及中墩墩顶处的局部最大应力,并将计算结果分别与相关规范做对比,均能符合规范要求。研究成果可供类似桥梁设计参考。     

不同缺口类型钢筋力学性能试验及数值分析

为模拟局部锈蚀对钢筋静力及疲劳性能的影响,对4种缺口形状、6种缺口尺寸的100根钢筋进行轴向静力拉伸和疲劳拉伸试验.基于静力拉伸试验结果,给出了缺口形状、缺口深度与钢筋屈服载荷、极限荷载间的定量关系,分析了缺口尺寸对应力集中系数的影响;基于疲劳拉伸试验结果,研究了缺口形状和缺口尺寸对钢筋疲劳寿命的影响,建立了钢筋应力范围-疲劳寿命-缺口深度的曲线方程;在试验基础上,建立了精细有限元三维实体计算模型,分析了缺口附近的应力分布状态,解释了坑蚀形态导致钢筋性能退化的原因.结果表明:三角形缺口应力集中系数最大,依次为变长度三角形、径向椭圆形和轴向椭圆形,应力集中程度随应力水平和缺口深度的增加而增大;不同缺口类型钢筋的实际应力范围和疲劳寿命在对数坐标下呈线性关系;三角形和变长度三角形锈坑应力集中梯度较大,率先进入塑性变形阶段,从而较早发生破坏.     

应用局部应变法预测装载机焊接构件的疲劳寿命

近代疲劳研究表明,工程结构的疲劳破坏,大多起因于结构几何形状不连续、缺陷等应力集中处,发生所谓应变疲劳。本文应用近十年迅速发展起来的局部应变法估算了某装载机焊接构件的疲劳寿命。本文重点是将理论推广到实际应用,除了阐述局部应变法基本原理外,着重给出了在MTS—810材料试验机上进行的16Mn板材应变疲劳试验报告;探索了焊接件应用局部应变法的可能性;对某装载机进行了详细的应力分析;提出了较为实用的计算程序;处理了在实际工况下记录的摸拟磁带信息,获得了载荷历程。最后给出了该构件的随机疲劳寿命,为装载机的     

基于局部应力应变法的钢结构疲劳裂纹形成寿命预测

介绍了局部应力应变法的基本原理,在修正Neuber法的基础上,结合能量法的原理,通过修正应变疲劳曲线的弹性部分和变K_f(疲劳缺口系数)法来推导得到钢结构疲劳裂纹的形成寿命预测计算式。通过实例计算对传统局部应力应变法和提出的修正局部应力应变法的计算结果以及试验结果进行对比,可以发现此方法能较好地预测钢结构疲劳裂纹形成寿命。     

钢桥面横隔板弧形切口维修加固与寿命评估

正交异性钢桥面板弧形切口在使用中经常发生开裂,不合理的弧形切口设计导致的应力集中是产生疲劳开裂的主要原因。热切割改进弧形切口能有效地降低横隔板所受车载应力,但过程中会产生高水平的残余应力影响疲劳寿命。为此,提出了热维护+冷维护的疲劳维护方案,以热切割优化改进切口,并在纵肋与横隔板连接处粘贴钢板加固。采用ABAQUS软件建立钢箱梁节段模型计算维护前后车载应力,开展热切割残余应力测试试验,并通过数值模拟分析热切割弧形切口切向残余应力分布规律,基于钢材的本构模型对车载应力与热切割残余应力进行耦合,结合实测交通数据、采用线疲劳累计损伤理论计算了考虑热切割残余应力影响的弧形切口疲劳寿命,并对比分析了不同维护方案的效果。结果表明：采用热切割改进弧形切口后可明显改善应力集中问题,车辆荷载作用下的压应力峰值降低50%;但改进弧形切口会产生高水平的残余应力,显著影响其疲劳性能,疲劳寿命仅为67.75年,低于桥梁设计使用寿命;在改进切口上粘贴钢板进行冷维护,可进一步减小弧形切口的车载应力峰值,双面粘贴10mm钢板应力峰值降低79%,并显著增加其疲劳寿命;当采用相同厚度的补强钢板时,单面粘贴的疲劳维护效果优...     

热轧变厚U肋钢桥面板疲劳机理分析

为改善正交异性钢桥面板疲劳性能,热轧变厚U肋首次大规模应用于厦门第二东通道跨海钢箱梁桥。为揭示热轧变厚U肋与顶板双面焊接钢桥面板的疲劳机理,利用ANSYS建立钢桥面板局部模型,基于热点应力法开展疲劳性能评估,分析疲劳细节在轮载作用下的应力历程、应力幅和应力分布,并与常规的8 mm等厚U肋进行比较研究。结果表明：相比于8 mm等厚U肋,采用热轧变厚U肋不改变疲劳细节热点应力变化趋势;热轧变厚U肋能够显著降低横隔板处顶板焊趾、U肋与横隔板焊缝端部U肋焊趾的热点应力幅,降幅分别为19%和20%,并缓解横隔板处顶板焊趾附近应力集中程度。     

节点板连接K型钢管节点的应力集中

通过对足尺模型试验数据和有限元模型计算数据的分析 ,利用应力集中系数的方法对使用节点板连接的K型钢管节点的局部应力进行了研究 ,并拟合了应力集中系数的计算公式。该公式可以直接应用于K型钢管节点的局部应力设计     

基于缺口应力法的薄板焊接接头疲劳性能评估

为验证缺口应力法在板厚小于5 mm的薄板焊接接头疲劳评估的适用性,开展了Q345qD薄板焊接接头疲劳性能试验,获得了薄板焊接接头疲劳试验数据,结合有限元分析计算的焊接接头缺口应力集中系数,绘制了缺口应力疲劳寿命曲线,确定了薄板焊接接头疲劳曲线斜度值和疲劳等级值,与已有研究成果进行比较,发现Q345qD薄板焊接接头具有更高的疲劳曲线斜度值和疲劳等级值,研究结果可供实际工程中疲劳性能评估做参考。     

波形钢腹板箱梁嵌入式结合部的应力分布

针对波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥嵌入式结合部应力分布问题,以宁波市百丈东路甬新河桥为背景,应用三维有限元方法进行应力分析。通过有限元计算模型,分析了不同荷载条件下结合部的应力分布特性,讨论了嵌入式结合部钢腹板纵向约束对应力分布的影响。理论计算结果表明,波形钢腹板混凝土箱梁的结合部应力比较小;弯矩作用下结合部应力主要是由截面的弯曲应力产生,应力集中不明显;剪力作用下在钢腹板插入口附近有应力集中现象,易发生混凝土开裂、钢板疲劳损失;采用钢板作为纵向约束措施对改善结合部的应力集中有一定效果。     

反向平衡法兰热点应力有限元分析

反向平衡法兰作为一种新型大直径钢管结构连接节点,近年来在高耸结构领域得以推广应用.通过有限元方法对反向平衡法兰进行了疲劳热点应力分析.确定了反向平衡法兰疲劳评估的关键位置以及合适的热点应力外推方法,详细比较了单元类型、网格划分精度对热点应力集中系数计算结果的影响,并提出推荐的有限元建模方式.最后分析了热点应力集中系数随不同几何参数的变化情况.     

液压挖掘机动臂结构优化分析

作为液压挖掘机关键承载结构件,动臂结构在使用过程中承受频繁交变载荷作用,若局部结构设计不合理则容易出现疲劳失效问题,严重影响整机使用寿命。本文基于某型号液压挖掘机动臂结构疲劳开裂现象,采用有限元法作为主要分析手段,以抗疲劳失效作为评判准则,对动臂结构受力特点进行研究,指出该结构疲劳失效问题产生的根源在于应力集中现象突出,并据此提出针对性改进方案。通过对比应力云图可知,改进方案可降低制造成本,并能有效消除应力集中,其理论疲劳寿命符合设计要求。     

矩形钢管混凝土桁架节点应力集中特性试验研究

为研究矩形钢管混凝土桁梁桥节点的疲劳性能,开展两榀矩形钢管混凝土组合桁架节段三点弯曲试验,对试件中的K形节点应力集中系数进行测试和分析,同时,基于试验结果,对既有K形节点应力集中系数计算公式的适用性进行分析。结果表明：相比普通钢筋混凝土桥面板和传统剪力钉的构造措施,采用预应力混凝土桥面板和局部释放剪切作用的剪力钉可提高混凝土桥面板开裂荷载,但是对于桁梁承载力基本没影响;两榀矩形钢管混凝土组合桁架节点腹杆表面热点应力水平基本相当,最大值均发生在受拉腹杆焊趾侧处,由于桥面板和剪力钉构造区别,两榀矩形钢管混凝土组合桁架节点弦杆表面热点应力值不同,最大值分别发生在受拉腹杆焊趾侧处;既有K形节点应力集中系数参数计算公式适用性分析表明,Mang等建议公式计算结果偏危险,Soh等建议公式和CIDECT建议公式计算结果偏保守,Puthli等建议公式计算得到的受拉腹杆最大应力集中系数偏保守,计算得到的受压腹杆和弦杆应力集中系数偏危险,Jiang等所提建议公式计算结果与试验结果吻合最好。     

钢桥面板顶板与U肋接头疲劳效应分析

针对钢桥面板顶板与U肋焊接接头,开展疲劳应力有限元分析,研究该构造细部的疲劳效应,为钢桥面板抗疲劳设计与维护提供参考。建立了钢桥面板板壳单元模型,以焊趾处热点应力为指标,分析过焊孔对接头受力影响以及轮载作用下顶板应力历程及应力幅值。结果表明,板壳单元有限元模型局部细化网格尺寸不超过1.0倍顶板厚度,可得出稳定的热点应力计算值。过焊孔的设置削弱了横隔板对顶板的支撑作用,使过焊孔区域顶板应力有所增大。不设置过焊孔时,接头处由于存在较大几何与刚度突变,应力集中更加明显。热点应力对轮载的横向位置比较敏感。轮载在纵桥向与横桥向的应力影响范围都比较小,可忽略车轴、轮重及车辆间的应力叠加效应。     

支管在轴向荷载作用下Q460C高强钢T型圆管节点疲劳性能试验研究

对8个支管承受轴向荷载的Q460C高强钢T型圆管相贯节点分别进行热点应力试验和疲劳试验研究,将热点应力试验结果与现有热点应力集中系数计算公式进行对比验证分析,通过疲劳性能试验观察疲劳裂纹的发展过程和疲劳破坏模式,并对比分析了CIDECT和DNV疲劳设计规范中圆管节点疲劳S-N曲线对于高强钢管节点的适用性。研究表明,疲劳裂缝首先出现在67.5°到90°附近应力集中较大的区域（鞍点附近）,然后迅速沿着相贯线向冠点处发展,并在裂缝末端产生沿主管轴向的横向裂缝。通过试验结果与已有规范的对比分析表明,CIDECT建议的S-N曲线应用于支管承受轴向荷载的Q460C高强钢圆管节点的疲劳寿命预估在某些情况下是偏于不安全的,而DNV规范的计算值过于保守,因此同样也不适合于Q460C高强钢圆管节点的疲劳性能分析。     

疲劳裂纹钻孔止裂技术研究

结构在循环荷载作用下可能产生疲劳裂纹，裂纹通常源于应力集中部位，在往复荷载作用下会不断扩展直至结构破坏。对于带有贯穿型裂纹的钢板，钻孔止裂是一种很好的临时修复措施。钻孔止裂是在裂纹尖端钻孔，以消除局部的应力集中，阻止裂纹的继续扩展。对特定的疲劳裂纹，止裂孔的直径会影响钻孔止裂的效果。通过弹塑性有限元分析，确定不同直径止裂孔的孔边最不利应变幅值，利用局部应力应变——寿命法，分析和比较了不同止裂孔直径对疲劳裂纹再生寿命和止裂效果的影响。     

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。     

某公路大桥车辆荷载调查与局部疲劳分析

近年来,随着公路交通流量的不断增加,公路桥梁的疲劳问题变得越来越显著。对于公路桥梁的疲劳问题,国内外已做了大量研究,并形成了相关规范。但是,对于局部疲劳问题,尚存在着两个问题需要解决:一是局部疲劳应力与车辆荷载位置的关系因桥而异,目前还没有统一的处理方法;二是需要在现有的疲劳评估方法基础上进一步考虑车辆荷载、疲劳应力以及疲劳寿命的不确定性。以某公路大桥为例,对其过去11年的车辆荷载进行统计分析,得到车辆荷载的概率模型,并利用Monte Carlo方法模拟出桥面板的局部承载历史,分析计算出等效疲劳荷载及相应的等效循环次数。在模拟过程中考虑了车辆荷载的不确定性,同时提出车辆荷载局部折减系数以考虑车轮横向位置对局部应力的影响。模拟结果表明:分析得出的等效循环次数,在AASHTO规范规定的出现疲劳破坏的疲劳应力循环次数的合理范围内,与该大桥出现疲劳裂缝的现状相符。     

钢管混凝土桁架焊接节点热点应力集中系数研究

钢管混凝土桁架焊接节点构造复杂,焊缝区域应力集中程度高,是疲劳易损部位。根据钢管混凝土桁架2种主要节点构造形式——焊接管节点和管-板焊接节点,利用有限元软件ANSYS分别建立了K型相贯节点、管-板节点和扫把型节点空间模型,基于国际焊接协会(IIW)和挪威船级社(DNV)提出的热点应力计算方法,进行节点连接焊缝处热点应力的数值分析。分别讨论了主管受拉、支管在典型荷载作用下,焊接节点焊趾处的热点应力集中系数。结果表明:管节点热点剪应力幅很小,热点正应力集中系数较大;管-板节点应力集中程度低,最大热点应力集中出现在管-板节点的节点板端部;扫把型节点应力集中特性与管-板节点相似,但构造相对复杂。依照基于热点应力S-N曲线的疲劳性能评估方法,钢管混凝土桁架结构采用管-板节点时,具有较好的抗疲劳性能。     

钢煤斗支座处的应力集中分析和处理方法探讨

结合工程实际,应用有限元软件ANSYS对火力发电厂钢煤斗支座附近应力集中部位进行精细有限元分析。根据应力计算结果和其定性分析,通过调整局部构造措施,探索有效减少应力集中的方法。