Q420钢板式加劲肋局部稳定试验与计算方法

板式加劲肋作为开口加劲肋中最基本的形式,主要以局部失稳破坏为主. 为研究开口加劲肋的局部稳定性能,分别设计了变化板肋厚度与高度两组Q420开口板肋加劲板试件进行轴压试验,并建立相应的有限元模型,得到板式加劲肋、三边简支板的局部稳定简化计算公式. 试验与分析研究表明：当板肋宽厚比小于16时,出现板肋与被加劲板的同时屈曲破坏,反之,则出现板肋的局部屈曲破坏. 随着板肋宽厚比的增大,试件极限平均应力逐渐减小,破坏时的失稳变形现象更明显. 采用构件中板式加劲肋所拟合的三次多项式曲线在相对宽厚比超过1.08后高于其他规范曲线,三边简支一边自由的简化模型所拟合的曲线在相对宽厚比超过1.32后高于欧拉曲线,在整个相对宽厚比范围内均高于我国钢桥规范与日本规范曲线. 采用构件中板式加劲肋拟合公式可以更精确地计算实际试件承载力;而采用三边简支板拟合的公式则有更高的安全冗余,推荐采用三边简支板拟合公式进行设计.     

弹性转动约束边界组合梁高腹板加劲肋设置

通过构建组合梁腹板的转动约束边界计算模型,采用里兹能量法推导了弹性转动约束边界刚性加劲和柔性加劲状态下加劲板的屈曲应力计算公式.在此基础上,获得组合梁受边界约束影响的纵向加劲肋临界刚度和最优位置的计算公式.理论推导结果与有限元分析结果符合良好,证明本分析方法正确.结合算例对本方法和现行规范进行对比分析,结果表明:采用本方法设计钢-混组合梁高腹板纵向加劲肋,相比现行规范可以显著提高腹板屈曲荷载,有效降低材料消耗,更具经济性和合理性.     

钢箱梁斜拉桥等效疲劳车辆荷载模型分析

为了调查长江中下游地区跨江大桥的车辆荷载运行特性,首先,以某一钢箱梁斜拉桥为例,分析大桥1 a实测交通流特性,得到相关轴型车辆的轴距、车辆质量及轴重分布;其次,基于损伤等效原则计算大桥各轴型车的等效疲劳车辆荷载模型;最后,对我国钢桥规范提供的疲劳荷载模型Ⅲ进行修正,提出适用于同区域类型桥梁的标准疲劳车。研究结果表明：大桥呈现交通流量大、货车载重高及超载现象普遍的特征;等效疲劳车辆荷载模型可简化为6种车型,等效车辆质量大于10 t的疲劳车辆占比高达85.9%,其中6轴车在疲劳损伤中占主导地位;提出的疲劳标准车是1辆质量为64 t的4轴车,单轴重为16 t;国外规范疲劳标准车引起的疲劳损伤均低于本文实际疲劳标准车引起的疲劳损伤;对于顶板U肋连接细节,顶板厚度增加2 mm可至少降低疲劳损伤46.4%。     

车轮荷载下钢箱梁疲劳构造细节应力等级评定

针对车轮荷载作用下钢箱梁的疲劳构造细节等级评定问题,基于应力影响线,研究钢箱梁9种疲劳构造细节的局部疲劳应力。根据等效损伤原理对最大应力幅进行修正,并以此为依据划分钢箱梁疲劳构造细节。结果表明：车轮荷载对钢箱梁9种疲劳构造细节的应力影响范围均较小,横隔板与顶板、纵肋相交处的应力影响范围为横隔板间距;顶板与纵肋相交处、纵肋对接处以及顶板对接处,应力影响范围为横隔板间距的1/2。钢箱梁横隔板与纵肋相交处的修正等效应力幅最大,纵肋对接处的修正等效应力幅最小。考虑受力和施工质量,钢箱梁疲劳构造细节可划分为5个疲劳应力等级,并给出9种疲劳构造细节对应的等级。     

正交异性钢桥面板局部振动计算的组合板梁单元法

针对大跨度钢桥中采用梯形加劲肋的正交异性钢桥面板,提出一种计算钢桥面板局部振动的组合板梁单元法.其中顶板用平板壳单元分析,梯形加劲肋视为板梁单元,两者的位移模式根据板与肋的变形协调关系建立.组合板梁单元的刚度矩阵通过能量变分原理得到,利用各子单元的形函数可以求得组合板梁单元的一致质量矩阵与一致荷载列阵,进而得到相应的有...     

扁平钢箱梁U肋加劲板的加载偏心

以一座主跨1 088 m扁平钢箱梁斜拉桥为例,分析了扁平钢箱梁U肋加劲板加载偏心的大小及对U肋加劲板稳定承载力的影响.首先采用包括梁单元和板壳单元的混合建模方法建立全桥有限元模型,在计算加载偏心的梁段采用壳单元,其他部位采用梁单元.根据有限元方法求得U肋加劲板截面的应力分布,利用积分方法计算U肋加劲板的内力和加载偏心,并将加载偏心对承载力的影响等效为初始几何弯曲.研究结果表明,U肋加劲板的加载偏心率约为0.17,最大为0.35,相当于L/250的初始弯曲,该值远大于规范规定的最大几何偏心,因此计算扁平钢箱梁U肋加劲板稳定承载力时需考虑加载偏心的影响.     

组合工字型梁在偏心荷载作用下的有限元分析

对于钢结构工程中的组合梁,利用有限元技术,分别计算了不设置腹板加劲肋与设置腹板加劲肋时,梁截面上的最大等效应力分布情况。得出了设置腹板加劲肋可以显著降低偏心荷载作用下梁截面上应力峰值的结论,并提出了在设计时应注意的具体事项。     

支座加劲肋对正弦波纹腹板梁疲劳性能的影响

利用有限元软件HyperMesh,采用等效结构应力法研究支座加劲肋宽度及其位置对正弦波纹腹板梁疲劳性能的影响。结果表明,当支座加劲肋宽度增加至加劲肋与腹板接触时,并且加劲肋位于正弦波纹腹板的波峰处时,正弦波纹腹板梁的疲劳性能最佳。     

纵隔板对钢桥面板构造细节疲劳应力的影响

为研究斜拉桥纵隔板对钢桥面板构造细节疲劳应力的影响,基于子模型方法分别建立了钢桥面板和顶板与U肋焊缝、横隔板与U肋焊缝以及U肋对接焊缝的有限元模型,分析不同构造细节的应力特征,确定横桥向最不利加载工况。在最不利工况下提取各关注点处应力时程,采用Goodman公式计算等效应力幅,以等效应力幅来衡量各构造细节处的疲劳性能。针对设置纵隔板影响较大的构造细节,分析设置纵隔板横桥向影响范围。研究结果表明:斜拉桥钢箱梁纵隔板构造增大了横隔板与U肋焊缝的等效应力幅,降低了其疲劳性能,而对顶板与U肋焊缝疲劳受力的影响可以忽略不计,对于与纵隔板相邻的两根U肋对接焊缝,设置纵隔板能够有效改善对接焊缝疲劳区域的受力性能。     

肋环型单层曲板网壳结构的风振响应及等效静风荷载

分析了肋环型单层曲板网壳结构的风荷载和风振响应,并对采用不同方法计算结构等效静风荷载的精度进行了比较.风洞试验结果表明:肋环型单层曲板网壳结构屋面主要受负风压作用;但在90°风向角下,由于体育馆受前方入口建筑的影响,屋盖边缘局部出现正风压.风振响应分析结果表明:有多阶振型参与结构的风致振动,高阶模态影响不可忽略;为保证结构表面所有节点位移准确,结构的模态耦合项不能忽略.但如果只保证较大位移处的准确性,忽略模态耦合项的SRSS方法也是可取的.利用LRC惯性力法和改进LRC方法计算肋环型单层曲板网壳结构的等效静风荷载,可以保证所有风向角下节点的最大位移等效,但不能保证所有节点的位移等效.     

减摩法调控结构钢焊接残余应力技术研究

根据焊缝固态收缩对焊接残余应力形成的作用，课题组进一步研究了将滑动摩擦变滚动摩擦的方法来减轻焊件自重拘束以达到调控焊接残余应力的目的，对不同板厚的薄钢板对接接头进行了试验研究，通过盲孔法测试了近缝区的焊接残余应力，试验结果表明，在采取减轻自重拘束工艺措施的情况下，薄板对接接头上的焊接残余应力峰值及平均值均显著降低。     

对接接头应力集中系数的有限元分析

用有限元方法计算了对接接头焊趾部位的应力集中系数，分析了焊趾倾角和焊趾过渡圆弧对应力集中系数的影响．结果表明，通过减小焊趾倾角或（和）增大过渡圆弧半径的方法可以有效地缓和接头的应力集中．而焊趾过渡园弧的引入从力学和焊接冶金两个方面提高了接头的抗裂性．同时指出，单侧有加强高的对接接头比双侧都有加强高的接头有较小的应力集中系数．还给出了估算对接接头应力集中系数的回归方程式     

基于Fe-safe的K形对接焊缝疲劳分析

基于等效结构应力法和BS7608焊缝疲劳分析方法,分析了不同坡角的K形对接焊缝的疲劳性能.分别采用ANSYS和Fe-safe对其进行静力分析和疲劳分析,得到K形对接焊缝本身的疲劳寿命和焊趾处的疲劳寿命.计算结果表明,焊趾处存在明显名义应力集中且随着坡口角度的增大而增大;焊趾处疲劳强度最低,焊趾的疲劳强度随坡角的增大而降低;焊缝自身的疲劳强度随着坡角的增大而有所提高.增大焊缝坡口角度有利于焊缝自身的抗疲劳性能,却不利于焊趾,这对钢结构加工过程中焊缝坡角的选择具有参考意义.     

双层水泥混凝土路面结构临界点位置分析

针对我国水泥混凝土路面刚性、半刚性材料作为基层大量使用的情况,基于弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型,采用3维20节点实体单元,讨论了轴载作用下水泥混凝土路面结构(面层和基层)最大荷载应力点的位置、大小和对应的荷位,多轴荷载对最大荷载应力位置和大小的影响,以及移动轴载作用下的最大荷载应力影响线;分析了轴载作用于不同荷位时,基层有无超宽对面层、基层自身最大荷载应力的影响,以及轴载向面层内侧移动时路面结构最大荷载应力的变化规律;讨论了温度翘曲和荷载作用的耦合效应.研究结果可用于确定水泥混凝土路面结构临界点的位置.     

铸钢节点环形对接焊缝的疲劳计算

给出了采用热点应力法进行铸钢节点环形对接焊缝疲劳寿命估算的全过程.介绍了热点应力幅度的计算方法,即热点应力幅度的计算可根据名义应力和应力集中系数计算,也可采用有限元方法计算.给出了环形对接焊缝热点应力寿命曲线的表示方法和细节分类,列出了各种焊接细节的S-N(应力-寿命)曲线.介绍了线性Miner损伤累积准则.根据热点应力幅度、S-N曲线和线性Miner损伤累积准则,可对铸钢节点环形对接焊缝进行寿命估算.最后,以杭州湾跨海大桥海中平台观光塔铸钢节点为例,说明了波浪载荷下铸钢节点环形对接焊缝的疲劳寿命估算过程.     

应力-强度干涉理论在对接焊缝中的应用

针对钢桥承载能力是否满足实际需求的问题,提出了一种将应力-强度干涉理论应用于钢桥对接焊缝数值分析的方法.对钢桥整体结构进行静力学分析,得到了钢桥主梁不同位置的应力状态;通过应力-强度干涉理论分析静载条件下对接焊缝的可靠性;以Q345钢对接焊缝为例,验证了提出方法的可行性,分析了含有残余应力的对接焊缝的可靠性.分析结果表明,在钢桥焊缝没有消除残余应力时,焊缝可靠性显著降低.     

6061铝合金平板对接焊接接头拉伸性能研究

采用TIG焊获得6061铝合金平板对接焊接接头,在万能拉伸机上进行拉伸试验;应用双孔微剪切试验结合有限元计算,用反推法得到焊缝和热影响区的力学性能参数及损伤参数;应用ABAQUS/Explicit模拟平板对接焊接接头在拉伸载荷作用下的变形和损伤行为,并与实验结果进行对比.结果表明,仿真结果与实验结果吻合得很好.改变不同区域的损伤参数,发现弱化区的损伤参数对仿真结果影响最为明显,因此要得到屈服强度及断裂强度较好的焊缝主要是控制弱化区的材料性能.     

气室式局部干法水下焊接

摘要： 利用研制的气室式局部干法水下焊接试验系统,在300 mm水深环境的试验水槽中,进行了水下平板堆焊和坡口对接焊验证性工艺试验,并对水下坡口对接焊焊缝进行了显微组织和硬度的测试分析,结果表明：在气室排水密封良好的前提下,送丝速度、焊接速度、摆动速度和摆动周期等参数对焊缝成形和焊接质量的影响较大,通过不同焊接参数的优化组合,可以获得优良的气室式局部干法水下焊接焊缝成形;水下焊接环境对焊缝的显微组织和硬度产生一定影响,由于焊缝周围及背面水的快速冷却作用,焊缝中心区域出现了部分魏氏体组织,同时焊缝中心区域的硬度较热影响区高,出现了一定淬火硬化现象.     

焊缝特征导波模态的分析与应用

为满足焊缝快速高效无损检测需要,并提高超声导波对焊缝缺陷的灵敏度,研究高频下的焊缝导波模态尤为重要。基于COMSOL软件建立了二维对接焊缝半解析有限元模型,通过数值模拟与分析发现,频率大于300 kHz时焊缝中SH_(w1)模态几乎无频散、泄露小,适合于长距离快速焊缝检测。通过试验验证了SH_(w1)模态导波在对接焊缝中的传播特性,确定了最佳激励频率范围为320~360 kHz;并对焊缝中直径为3 mm的预置孔洞缺陷实现了检测,定位精度高于2.5%。     

基于实测的公路桥梁车辆荷载统计模型

基于动态称重系统获取的运营交通基本信息,依据轴组类型对所有车辆进行分类及筛选,建立了6种主要车型的车重、车距、车道交通量、轴重与轴距的统计模型,然后按损伤等效原则提供了6种车型的等效模型车辆,为桥梁疲劳可靠性评估提供了实用的车辆荷载模型.研究表明该建模方法能够准确描述交通荷载,建模过程与方法对同类问题具有普遍意义,可应用于建立各种交通状况下的疲劳车辆荷载模型或提供参考.