组合桥面板球扁钢加劲肋螺栓接头力学性能

为了研究组合桥面板中球扁钢加劲肋的高强螺栓接头的力学性能,设计制作了2个采用双面对称拼接板螺栓接头的组合板试件,通过疲劳和静力加载试验测试了螺栓接头的受力性能,并采用有限元模型对接头进行受力分析。试验及有限元结果表明:该种螺栓接头抗疲劳性能良好,正常使用状态下螺栓拼板连接效果受试验疲劳加载的影响很小;受球扁钢非对称截面特点的影响,螺栓拼板接头呈非对称弯曲,球头一侧的拼接板中间底部受力可比基于平面弯曲计算的应力值高出55%,值得在设计接头时注意;组合桥面板螺栓接头处截面的极限承载力由混凝土压溃控制,螺栓出现滑动后的承载力尚有相当的富余。     

正交异性钢桥面板栓焊接头疲劳性能研究

针对正交异性钢桥面板栓焊连接细节,设计制作两个足尺试验构件,进行了静载、疲劳试验,并建立了有限元计算模型.计算分析发现:纵肋螺栓接头中面外弯矩影响明显,内侧拼接板受力大于外侧;拼接板中纵向应力呈鞍状分布,两个试验构件的疲劳裂纹均在内侧拼接板的中间区域首先出现.建议栓焊接头按Eurocode中的71级或铁路桥梁钢结构设计规范中IX细节进行疲劳设计.通过有限元模拟计算,对拼接板进行优化设计,改善了栓焊接头的疲劳性能.     

开口U形肋组合桥面板基本力学性能

为了检验所提出的开口U形肋组合桥面板在桥梁使用中的受力性能,并区分其与常规桥面板的受力性能,设计制作了3个不同桥面板试件,其中包括1个混凝土桥面板、1个正交异性钢桥面板、1个带U形肋组合桥面板.通过静力试验测试了不同桥面板在荷载作用下负弯矩区混凝土开裂情况、桥面板不同部位的结构应变和变形、极限承载力等.试验结果表明,在车轮荷载作用下,开口U形肋组合桥面板的应力远远低于正交异性钢桥面板的应力,避免了桥面板钢结构疲劳的发生;在重量比混凝土桥面板小57%的情况下,组合桥面板的承载力是混凝土桥面板的1.42倍;在用钢量约为钢桥面板1/2的情况下,二者的承载力相当.     

焊钉集群式后结合超高性能混凝土组合桥面板抗弯性能

为考察焊钉集群布置对后结合超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板受力性能的影响,进行常规均匀焊钉布置组合桥面板及群钉布置后结合组合桥面板试件的弯曲荷载试验和基于材料塑性损伤模型的有限元参数化分析。试验结果表明,群钉布置与均匀焊钉布置试件破坏模式特征均为UHPC板压溃、钢结构U肋底面屈服,二者弹性抗弯刚度分别为232kN·mm^-1及213k N·mm^-1,承载力分别为2 154 kN及2 049 kN。U肋屈服前,两试件的界面最大滑移值均小于0.2 mm。两试件应变分布及发展规律相似,截面应变分布均近似服从平截面假定。参数化分析结果表明,群钉孔纵向布置间距由600 mm增至1 200 mm,承载力及弹性刚度无明显变化。群钉孔尺寸相同时,孔间距对UHPC黏结界面结合状态无显著影响。间距600 mm相较1 200 mm布置可更好地保证焊钉受力安全性及截面组合效应。综合对比参数化模型抗弯性能,纵向间距600 mm结合群钉孔内2×3群钉布置对正弯矩作用下后结合钢-UHPC组合桥面板受力状态改善更为有利。     

球扁钢肋组合桥面板局部与整体力学性能

为了检验所提出的球扁钢肋组合桥面板在桥梁中使用的受力性能,设计制作了2个带球扁钢肋组合桥面板试件和1个正交异性钢桥面板试件.通过静力试验,测试桥面板不同部位的结构应变和变形,考察了球扁钢肋组合桥面板在车轮荷载作用下的局部受力性能,以及在正、负弯矩作用下的整体受力性能.试验结果表明:在车轮荷载作用下球扁钢肋组合桥面板的疲劳细节处应力水平非常小,大大降低了桥面板钢结构发生疲劳破坏的可能性;试件截面应变沿高度的分布符合平截面假定,在受弯破坏极限状态下,混凝土与钢板之间无明显滑移和脱层,球扁钢组合桥面板的钢板与混凝土之间组合作用良好;该种组合板具有良好的延性,并有较高的承载能力.     

考虑轮迹横向分布的钢箱梁桥面板U肋处受力与疲劳分析

为研究轮迹横向分布对钢桥面板受力与疲劳性能的影响,本研究基于有限元理论建立悬索桥钢桥面板有限元模型,得到不同轮载作用下、不同参数构造的钢桥面板细节的等效应力,并计算其疲劳损伤度;通过数学方法建立车辆轮迹分布模型,确定轮迹在车道不同位置的分布概率,从而提出一种考虑轮迹横向分布的疲劳损伤计算方法。结果表明:U肋与横隔板连接处的应力幅受轮迹横向分布的影响范围较小,约为1.5 m,不必考虑多车效应;U肋与横隔板厚度的增加能改善研究部位的受力性能;U肋腹板处的损伤相对较小,靠近顶板部位、腹板与底板连接部位的损伤较为严重;考虑车辆轮迹分布后的疲劳损伤度下降了74%,因此考虑车辆轮迹的位置可以提高疲劳损伤评估的精确度。     

钢桥面板顶板与U肋接头焊接残余应力分析

对钢桥面板顶板与U肋接头焊接残余应力进行分析。采用热-结构直接耦合方法,分析了构件焊接温度场及应力场,得到构件中心截面母板纵向、母板横向、U肋纵向及焊缝中心竖向的残余应力分布曲线。结果表明:母板及U肋近焊缝区存在较大的残余拉应力,残余拉应力峰值接近材料屈服强度;自焊缝中心往外,残余拉应力值下降并转变为压应力;热影响区之外,母板及U肋纵向残余应力主要表现为压应力,并向两端缓慢下降;母板横向残余应力主要表现为拉应力,近焊缝区存在应力突变;沿焊缝竖向纵、横向应力变化趋势基本相同。     

重庆两江大桥正交异性钢桥面板疲劳性能试验研究

为评估重庆两江大桥正交异性钢桥面板双向荷载下的疲劳性能,对由盖板、板肋和横隔板组成的箱形正交异性钢桥面板模型进行疲劳试验研究和有限元分析.采用应力等效方法,板肋与横隔板交叉细节部分采用1∶1足尺模型,横隔板开孔分别采用苹果形和钥匙形,面内和面外双向疲劳加载完成正交异性板结构设计寿命期及超长服役期的等效实桥疲劳应力幅作用下2 000万次疲劳试验.有限元值和实测值较吻合.在疲劳试验基础上,讨论横隔板开孔边缘、纵肋与横隔板焊接以及纵肋与盖板焊接3个关键部位的疲劳性能.研究结果表明:双向荷载作用下横隔板产生面外弯曲变形,易导致面外疲劳;正交异性钢桥面板构造未发现裂纹,疲劳寿命远超过设计寿命期.根据欧洲规范的疲劳等级分类检算,其疲劳强度满足使用要求.     

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。     

桥面构造及铺装层对正交异性钢桥面板力学性能的影响

为研究桥面细部构造和桥面铺装对正交异性钢桥面板力学性能的影响,确定合理的构造,以梯形及矩形截面形状的纵向加劲肋与多种缺口形式的横隔板相组合形成正交异性钢桥面板结构体系,并铺设不同厚度、不同弹性模量的沥青混凝土铺装层,建立相应的有限元实体模型进行加载,分析纵向加劲肋截面形状、横隔板缺口形式及铺装层弹性模量和厚度对正交异性钢桥面板力学性能的影响规律。结果表明:加劲肋上口间距越小,改善桥面板受力性能越明显,其中加劲肋B(梯形加劲肋侧板与底板采用圆弧连接)受力性能较好,且用料少;缺口Ⅰ、缺口Ⅲ的应力集中情况好于缺口Ⅱ,因此应合理选用缺口Ⅰ和缺口Ⅲ,但缺口Ⅲ需要优化;顶板与纵向加劲肋连接处应力高,为力学性能敏感区域;铺装层弹性模量增加,钢桥面板最大主应力减小,铺装层厚度增加,钢桥面板和沥青表面最大主应力均减小,因此铺装层弹性模量与厚度要综合设计,以使钢桥面板受力性能最优。     

干涉配合对飞机机翼螺栓连接结构力学性能的影响

为了研究干涉量对螺栓连接结构力学性能的影响,以航空工程中常用的飞机机翼螺栓干涉连接结构模型为研究对象,采用了基于试验验证的有限元分析方法,通过试验验证了所建立的螺栓连接结构三维弹塑性有限元分析模型的可靠性,在此基础上建立了6种不同干涉量下飞机机翼螺栓连接结构的参数分析模型,系统地分析不同干涉量对螺栓连接结构孔边应力分布、初始刚度以及承载能力的影响并进行对比分析,结果如下:对飞机机翼螺栓连接结构采取合适的干涉配合可以明显改善孔边结构的应力分布,减小应力集中情况;在所选取的干涉量范围内(0～2.5％),随着干涉量的增大,孔边结构的峰值应力距离孔边越远;当干涉量为1.5％ 时,孔边的峰值应力最小,同时当干涉量为1.5％ 时,结构的初始刚度和承载能力提高程度均为最大,分别提高了14.1％ 和9.33％.     

复合剪力连接件群钢-混结合段力学性能

为研究复合剪力连接件群钢-混结合段的力学性能,以我国首座铁路混合梁斜拉桥为研究背景,通过数值模拟与模型试验相结合的方法研究了钢-混结合段及其复合剪力键群的静力和疲劳性能。结果表明：需注重钢-混结合段的构造细节处理以避免产生局部应力集中现象;剪力钉较PBL剪力键起主要传剪作用,与复合剪力键群形式相比,只采用PBL剪力键传剪会增大承压板传力负荷;底板剪力钉受形式与推出试验结果一致,由于混凝土浇筑质量等原因,顶板剪力钉受力形式与推出试验有一定差异;在疲劳试验后,受力较大的底板剪力钉根部应力水平增大较多,进入弹塑性受力状态,受力较大的PBL剪力键应力水平有所增大,但整体应力水平较低。可见采用复合剪力键形式的钢-混结合段受力合理,其设计可以为其他同类工程提供参考。     

钢-弹性体夹层正交异性桥面板受力性能分析

通过三跨聚氨酯-钢板夹层结构正交异性桥面板空间结构的计算,分析该种夹层桥面板在夹芯层厚度及面板厚度变化时,在不同受力状况和不同截面处各控制点的受力性能.结果表明,夹层桥面板的受力特性在于:在跨中截面中间纵向U形加劲肋上方的夹层板底面纵、横向应力拉压性质与常规受弯构件不同;加劲肋底面纵向应力比截面其它位置大得多,横向应力可忽略;在支点截面中间加劲肋与桥面连接处,聚氨酯芯层纵向应力最大,横向应力可忽略;钢板与聚氨酯结合面的剪切强度大于6 MPa时可满足粘结要求.     

T形肋正交异性组合桥面板力学性能

为了检验所提出的T形肋正交异性组合桥面板在局部车轮荷载作用下的受力特性及这种桥面板在桥梁第二体系中的受力性能,并区分其与常规桥面板的受力性能,设计制作了4个不同桥面板试件,其中包括一个混凝土桥面板,一个正交异性钢桥面板,两个不同尺寸的T形肋正交异性组合桥面板.通过静力试验测试了不同桥面板在荷载作用下负弯矩区混凝土开裂情况、桥面板不同部位的结构应变和变形等.试验结果表明T形肋正交异性组合桥面板在车轮荷载作用下其局部应力水平显著低于正交异性钢桥面板,相同宽度的T形肋正交异性组合桥面板其极限抗弯承载力分别是混凝土桥面板和钢桥面板的2.30倍和1.57倍以上,表明T形肋正交异性组合桥面板具有较强的抗疲劳性能.     

螺栓联接的有限元建模方法研究

对螺栓联接的有限元建模方法进行研究和评估.以螺栓-法兰联接为例,基于有限元分析软件ANSYS,建立了3种螺栓联接的有限元模型,即实体螺栓联接模型、梁单元联接模型和刚性单元联接模型.模态试验和应力分析表明,实体螺栓联接模型和梁单元联接模型具有广泛的适用性,可准确分析螺栓联接结构的静态特性和动态特性.相比实体螺栓联接模型,梁单元联接模型在保留了关键细节的同时提高了建模和计算效率.刚性单元联接模型不能模拟螺栓预紧和接触,只适用于模态分析.试验和仿真均表明,螺栓预紧力的大小对结构模态影响很小.仿真表明,螺栓联接表现出复杂的非线性特性,如应力的非线性变化、法兰之间接触状态的变化、螺栓总拉力的非线性变化等.      

复合材料层合板、壳胶-铆混合连接件有限元分析

推导了十六节产单元、二节点钉单元和基于一阶剪切变形理论的八节点等参板单元,并通过坐标变换使之用于壳体结构,还将相对坐标系内求解法与修正型虚拟的转动刚度法相结合,有效地克服了平面单元分析壳体结构所固有的方程病态问题。通过算例,对复合材料旋转壳体混合连接件中的应力分布进行了分析和讨论,得到了一些有益的结果。     

组合桥面板U肋对接焊缝疲劳破坏及修复方法试验

为了研究弯折U形肋组合桥面板的疲劳性能以及疲劳开裂后的修补方法,对一个带连续弯折U形肋的组合桥面板试件进行了前后两次疲劳试验研究.首先对初始采用无衬垫对接焊缝的试件进行疲劳加载直到焊缝开裂;然后在开裂处采用带衬垫的对接焊缝加固,再次进行疲劳加载直到破坏.研究了组合桥面板疲劳破坏形态、开裂处疲劳强度评定、疲劳裂缝修复方法及修复后的疲劳性能.试验结果表明:在反复荷载作用下无衬垫单面焊的对接焊缝是正交异性组合桥面板的薄弱处,首先发生疲劳裂纹,采用带衬垫的熔透对接焊缝对开裂处进行修补,能起到较好的补强效果.     

基于随机有限元法的非机动车钢桥摩擦型高强螺栓可靠性分析

摩擦型高强螺栓连接是实现全拆装非机动车钢结构桥梁快速装配化建设的重要构件之一。为研究非机动车钢结构桥梁高强螺栓连接的可靠性能,首先采用有限元方法建立高强螺栓数值模型,并对模拟方法进行了准确性分析。在此基础上,利用响应面随机有限元法研究了随机变量对高强螺栓结构性能响应的影响,通过随机车流程序计算了非机动车桥梁荷载效应,最后利用可靠度设计方法研究了钢板梁高强螺栓的抗力分项系数。结果表明随机变量变异性对高强螺栓不同目标性能有不同程度影响;非机动车荷载作用下的钢桥高强螺栓设计承载力要稍高于现行规范理论公式计算值。