斜向索力下钢-混凝土组合索塔锚固区荷载传递与分配关系分析

为了研究斜拉桥钢混凝土组合索塔锚固区在斜向索力作用下的特殊传力形式,利用变形协调原理分别讨论了水平分项索力和竖向分项索力在索塔锚固区的传力过程和分配关系.在此基础上推导了水平分项索力在钢锚箱和混凝土塔壁之间的分配计算公式.并通过算例比较荷载分配计算公式和有限元模拟分析的结果,验证公式的准确性和适用性.研究结果表明,水平分项索力通过钢锚箱侧板和混凝土侧壁的拉伸以及混凝土端壁的弯曲三者变形协调进行索力传递和分配,钢锚箱侧板承担大部分的水平索力,而混凝土塔壁只分担其余少部分.另一方面竖向分项索力的传递需考虑钢锚箱端板,剪力钉和混凝土端壁的变形协调.可见通过变形协调原理可以有效地分析斜向索力在组合索塔中的传力机理和传递过程,并且根据有限元结果的对比证明荷载分配计算公式能够满足较高的精度.     

双层钢桁架吊桥锚箱疲劳分析

研究双层钢桁架吊桥锚箱的疲劳性能.以大连南部滨海大桥——双层双塔地锚式悬索桥的主桥——为工程背景,其典型索梁锚固区的钢锚箱采用普通焊接形式,通过ansys-workbench对锚箱的足尺模型进行疲劳分析,得出锚箱在200万次循环疲劳加载作用下能保持完好的抗疲劳性能,结果表明双层吊桥锚箱符合设计要求,认为此分析方法对双层吊桥锚箱的设计有着一定意义.     

钢锚箱连接对索塔锚固体系受力性能的影响

 为明确多节段钢锚箱式索塔锚固体系的传力机理,以杭州湾跨海大桥北通航孔桥为例,采用有限元分析软件(ANSYS11.0),研究了钢锚箱之间连接与不连接两种方式对索塔锚固体系受力性能的影响。结果显示,钢锚箱之间是否连接对锚固体系各节段以及节段内各构件承担的水平力影响较小,对各节段整体承担的竖向力无影响,而对各节段钢锚箱及塔壁承担的竖向力影响较大;钢锚箱之间是否连接对钢锚箱板件应力、混凝土塔壁应力以及栓钉剪力的分布规律具有明显影响,与钢锚箱不连接体系相比,钢锚箱连接体系各构件的应力或剪力分布更为均匀。     

外露型钢锚箱索塔锚固结构受力机理试验

通过缩尺比例为1∶2的节段模型试验,揭示了外露型钢锚箱索塔锚固结构的受力机理,重点分析了塔壁预应力在结构中的作用效应.研究结果表明:外露型钢锚箱索塔锚固结构在中小跨径桥梁中具有较好的适用性;在塔壁不开裂的情况下,预应力不会改变水平索力在钢锚箱和混凝土塔壁之间的分配关系;预应力能够明显减少塔壁混凝土的拉应力,提高塔壁的抗裂性能,但也会降低钢板的利用率和增大焊钉剪力顺桥向作用的剪力.     

钢箱梁斜拉桥索梁锚固区极限承载力分析

为了掌握索梁锚固区在索力作用下的应力分布和极限承载力，以青岛海湾大桥红岛通航孔斜拉桥为工程背景，应用等效板厚法近似模拟钢锚箱承压板与锚垫板之间的接触非线性问题；采用板壳单元和梁单元建立了索梁锚固结构的有限元模型，对索梁锚固区在最不利荷载组合作用下的受力性能进行了研究；并考虑几何非线性和材料非线性对锚固区及钢箱主梁进行极限承载力分析。结果表明：在最不利荷载组合作用下钢锚箱与主梁腹板的连接区域应力集中，超过了材料的屈服强度；索梁锚固区的极限承载力为设计荷载的3．07倍，有一定的安全储备。在上述分析的基础上，提出了改善索梁锚固区受力性能的构造措施。     

佛陈大桥钢锚箱应力仿真分析计算

建立了钢锚箱结构分析的有限元模型，分析了钢锚箱在两种组成情况下各构件的应力，检验了设计的安全性与合理性，提出了改善锚箱部分构件应力过大的措施和方法。     

钢桥面沥青铺装层疲劳损伤分析与车辆轴载换算

采用力学近似方法,对钢桥面沥青混合料铺装层在循环荷载作用下的力学行为和疲劳损伤特性进行了理论分析.采用粘弹性损伤模型的能量转换方法对钢桥面沥青混合料铺装层应力场、应变场及损伤场分布状况进行研究.依据钢桥面沥青混合料铺装体系复合结构的应力场、应变场和损伤场在疲劳过程中的动态演变规律以及疲劳裂缝的形成机理,推导出钢桥面沥青铺装层疲劳性能方程和车辆轴载换算公式.结合南京长江第二大桥钢桥面铺装工程,应用所建立的疲劳性能方程以及轴载换算公式对钢桥面铺装层使用寿命进行预测.     

16Mn钢焊接接头的Miner疲劳累积损伤可靠性模型研究

根据16 Mn钢对接焊接接头的疲劳试验数据,对Miner线性累积损伤准则进行了修正,提出了一定可靠度下疲劳累积损伤的计算方法,为估算16 Mn钢焊接构件在谱载荷作用下一定可靠度的疲劳寿命提供了依据.     

苏通大桥索塔栓钉剪力连接件的力学性能试验

利用剪力钉将钢锚箱和混凝土塔壁结合形成的一种新型锚固形式开始用于大跨度斜拉桥中.结合苏通大桥工程,进行了4组12个试件不同水平压力下的剪力钉性能试验,试验结果表明,随着压力的增大,剪力钉的极限承载力增加,苏通大桥索塔中,预压力对剪力钉极限承载力影响最大为9.3%.利用3个试件进行了剪力钉基本力学性能的标准推出试验,得到苏通大桥索塔剪力钉的极限抗剪强度、屈服抗剪强度、容许抗剪强度、抗剪刚度等基本力学指标,并将其与国内外其他计算方法进行了比较.     

结构疲劳累积损伤与极限承载能力可靠度

根据反复荷载作用造成的疲劳累积损伤对结构极限承载力的影响，研究了疲劳累积损伤下结构承载能力的可靠度计算方法，并以钢-混凝土组合结构的抗剪螺栓为例进行了分析。结果表明，即使常规的极限承载能力可靠度（不考虑疲劳累积损伤）和疲劳可靠度都很高，疲劳累积伤下结构的实际承载能力可靠度也可能较低，因此，在有条件时应对结构疲劳累积损伤下的极限承载力进行验算。     

回火温度对40Cr钢疲劳损伤特性的影响

研究了不同回火温度下40Cr钢的高周疲劳损伤特性.通过损伤量的变化测量和扫描电镜下损伤不同阶段微观组织的观察,分析回火温度对疲劳损伤特性的影响.实验结果表明,结构钢材料在高周疲劳载荷作用下,疲劳损伤过程分为3个阶段,即微孔洞萌生区、微裂纹萌生区、宏观裂纹萌生区.疲劳裂纹的萌生期随着回火温度的升高而增加,在本实验的载荷作用下,高温回火的40Cr钢的裂纹萌生期在3万周以上,中温回火的裂纹萌生在2.8万周,而低温回火的裂纹萌生期在2万周.     

钢桁梁斜拉桥复合式索锚结构疲劳试验研究

针对公铁两用斜拉桥中疲劳效应突出的问题,提出常用复合式索锚结构的基本结构形式和主要敏感位置,在等效边界条件下,进行模型疲劳试验,研究复合式索锚结构的疲劳性能,分析结构的疲劳破坏形式。研究结果表明:试验采用的基本结构模型与实桥结构在主要疲劳敏感位置的应力分布基本一致。锚压板与锚板连接端部出现滑开型裂纹,并沿与锚板成30°～60°的方向扩展;传力竖板与锚压板焊缝端部出现在焊趾处萌生并沿垂直于锚压板方向和竖板厚度方向扩展的张开型裂纹,传力竖板的开裂导致试件完全破坏。以观测到裂纹为疲劳失效判据,轴拉细节建议采用我国铁路桥涵规范中XIII类细节或美国AASHTO规范E'类细节等级进行分析,且须在名义应力幅值中计入锚压板宽高比的影响;剪压细节建议采用欧洲规范中80类细节等级进行分析。     

浅议建筑结构用钢的抗震性能

分析了用于建筑结构的钢材在交变地震作用下的高应变低周疲劳破坏,提出了抗震建筑结构用钢应有的性能要求及对抗震设计选材的建议。     

钢悬链式立管的浪致疲劳

为计算钢悬链式立管在波浪作用下所产生的浪致疲劳损伤,使用水动力专用软件Hydrostar对Spar平台的运动响应进行分析,获得Spar平台的运动频率响应函数;使用AN-SYS有限元分析软件对钢悬链式立管进行谐响应分析,获得立管的应力频率响应函数;采用Miner线性累积损伤理论、S-N曲线以及自编的损伤程序获得立管的浪致疲劳损伤.对一典型深海立管的计算结果表明,浪致疲劳损伤在立管的上部与平台连接区域呈应力集中现象.     

随机车流作用下悬索桥钢桥面板疲劳损伤与寿命评估

为了评估大跨度悬索桥钢桥面板在车流荷载作用下疲劳安全性,在实测车流数据的基础上,采用有限元数值模拟方法对某主跨为820 m的悬索桥钢箱梁顶板-U型肋构造细的疲劳损伤及寿命进行研究。通过对动态称重(WIM)实测车流数据的统计分析建立随机车流模型,基于应力-寿命(S-N)曲线和线性累积损伤准则分析运营状态和交通量增长对悬索桥钢桥面板构造细节疲劳损伤及寿命的影响。研究结果表明:随着密集运行车辆占有率的增加,疲劳损伤呈较缓增长趋势;随着交通量系数的增长,疲劳损伤呈加速增长趋势。与密集运行车辆占有率相比,交通量增长系数对疲劳损伤有较大的影响。在交通量增长系数达到6%时,钢桥面板细节疲劳寿命小于设计基准期,基于实测车流数据的疲劳性能评估对确保钢桥面板在运营期的安全性尤为重要。     

基于TCD的锚拉板疲劳性能分析与试验研究

锚拉板广泛用于钢箱梁斜拉桥中,但锚拉板与锚管连接的倒圆角处存在应力集中,在动力荷载作用下容易发生疲劳破坏．以大连某斜拉桥为工程背景,对其锚拉板疲劳性能展开理论分析与试验研究．首先通过临界距离理论(theory of critical distance,TCD)对锚拉板的疲劳性能进行理论分析,通过“线法”得到锚拉板等效应力为141 MPa．然后进行疲劳试验,试验模型比例为1∶1.5．由试验测得锚拉板的最大等效应力32 MPa,最大变形3 mm,锚拉板在施加荷载过程中处于弹性工作状态．在200万次的疲劳加载后未发现裂纹．理论分析和疲劳试验结果表明,该斜拉桥锚拉板式索梁锚固结构在设计寿命期内,不会发生疲劳开裂．     

基于WIM数据的钢箱梁斜拉桥疲劳荷载谱分析及寿命预测研究

由于钢桥面板的疲劳损伤主要来源于车辆荷载的反复作用,因此,为了预测钢箱梁斜拉桥的寿命,需要对其在重载交通流量下的疲劳荷载谱进行研究.该文以某大跨度钢箱梁斜拉桥为背景,基于桥梁健康监测系统中的WIM模块采集得到一定时段的车重、轴数、轴距等车辆荷载参数,采用统计分析方法对其进行批量化处理分析,得到了等效模型车的疲劳荷载谱.以此为基础,选取了钢箱梁斜拉桥易发生疲劳损伤的U型肋、盖板、横隔梁等重点部位进行疲劳寿命分析,分析结果表明:各重点部位尚未产生过大损伤疲劳.     

钢-混凝土试验模型结构地震损伤演化分析

为了研究地震作用下结构的损伤演化过程,对一3层钢-混凝土试验模型结构进行弹塑性分析.对经典Park-Ang双参数构件损伤模型进行了改进,并利用试验测试数据对损伤模型参数进行拟合.基于振动台试验测试数据对分析结果进行位移修正,并将修正后结果应用于改进模型中对结构进行损伤评估.结果表明,将修正后的结果应用到损伤模型中能够较好地反映结构的损伤程度,并能定量、连续地描述结构的损伤过程,可以对在地震作用下结构的构件和整个结构的抗震性能做出评估.     

应用夏波希模型估算海洋石油钢结构疲劳寿命的试验研究

基于损伤力学的理论和方法,书夏波希疲劳损伤数学模型应用于海洋石油钢结构的疲劳寿命估算.对国产海洋用钢15MnVNb的表面裂纹试样在拉-弯载荷联合作用下,进行了疲劳损伤试验,提出了损伤因子的测量方法及疲劳损伤特性参数的计算方法.根据常幅疲劳试验结果,计算出了15MnVNb材料损伤特性参数,并给出了疲劳寿命估算的表达式.通过模拟海浪载荷的随机疲劳试验,验证了夏波希模型.疲劳寿命的理论计算结果与试验结果的相对误差约为7％,说明两者吻合较好.     

随机载荷作用下风电齿轮箱轴承疲劳寿命预测方法

以1.5 MW风电齿轮箱高速端轴承为研究对象,引入随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型,分析随机风载条件下径向载荷和轴向载荷对风电齿轮箱轴承疲劳寿命的影响;运用概率加权法和线性Miner累计损伤法则,给出疲劳寿命与应力之间的关系;提出一种随机载荷条件下风电齿轮箱轴承寿命预测的方法,用该方法对1.5 MW风电齿轮箱高速端轴承的疲劳寿命进行分析计算,结果为13.189a.该方法考虑了载荷的随机性,并以随机载荷作用下所引起的随机应力作为计算疲劳寿命的依据.相比其他方法更加接近于工程实际,预测结果更为准确.