复杂应力耦合作用下斜拉桥正交异性桥面板疲劳断裂

为研究随机车辆荷载与焊接残余应力等复杂应力耦合作用下,斜拉桥主梁正交异性桥面板焊接细节的疲劳断裂性能,以苏通长江大桥为工程背景,在调研统计交通量的基础上,基于Monte-Carlo法建立随机车辆荷载模型,分析随机车辆荷载作用下正交异性桥面板焊接细节的力学行为;基于ANSYS有限元软件,建立焊接细节热分析模型,模拟焊接加热过程与冷却过程,获得焊趾附近残余应力分布。将焊接残余应力作为初始应力,采用数值模拟获得随机车辆荷载与焊接残余应力耦合作用下正交异性桥面板焊接细节的疲劳应力谱。基于双参数疲劳裂纹扩展模型,考虑疲劳裂纹扩展裂纹闭合效应,分析随机车辆荷载与焊接残余应力耦合作用下,正交异性桥面板焊接细节疲劳裂纹扩展行为。结果表明:焊接残余应力与随机车辆荷载耦合作用下,焊接细节疲劳应力幅值远大于车辆荷载作用的应力幅值;在随机车辆荷载与焊接残余应力耦合作用下,正交异性桥面板顶板与U肋焊接节点的剩余疲劳寿命随裂纹长度的增大而下降;焊接残余应力的存在极大地降低了焊接节点的疲劳寿命,与仅考虑随机车辆荷载作用下焊接节点的疲劳寿命相比,焊接残余应力与车辆荷载应力耦合作用下的疲劳寿命下降30%～40%,且疲劳寿命降低幅度随残余应力的增大而增大。     

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.     

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.     

正交异性钢桥面板的结构分析

在具有相同截面面积的开口纵肋和闭口纵肋钢桥面板静力试验的基础上 ,提出简化的计算模型 ,并采用有限元法进行精确的应力分析 ,计算结果与试验结果符合良好 ;系统地论述了正交异性钢桥面板弹性阶段的应力特性 ,着重研究了构造布置对铺装应变的影响 ,从而对铺装提出合理可行的建议正交异性钢桥面板的结构分析@徐军 @陈忠延     

基于有效缺口应力法的正交异性钢桥面板疲劳评价

为验证有效缺口应力法在正交异性钢桥面板疲劳评价中的适用性,开展了横隔板弧形切口2种不同过渡形式的局部应力研究.采用Ansys分别计算U肋与横隔板连接处焊趾和焊根处的有效缺口应力,并加以比较,表明焊趾处更易萌生裂纹.采用S-N曲线评估其疲劳寿命,表明有效缺口应力法可以应用于正交异性桥面板的疲劳评价.有限元分析假定缺口的真实半径为0,这可能导致试验结果的保守性.基于不同U肋厚度的比较,发现U肋厚度的增加将导致U肋与横隔板端焊缝处更易产生疲劳裂纹.相关研究结果可为正交异性钢桥面板的设计和疲劳评价提供参考.     

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.     

车辆荷载和疲劳荷载作用下钢桥面板有效工作宽度计算分析

目的研究车辆和疲劳荷载作用下钢桥面板有效工作宽度的计算方法.方法选取国内某大桥主跨建立节段钢箱梁有限元模型和单个U肋模型,对车辆荷载纵桥向和横桥向加载形式、计算截面位置及加载位置进行分析.结果当车辆相邻车轮横向间距为1.3、1.8、2 m时,其有效工作宽度未发生重叠,可采用横向单侧车轮加载计算钢桥面板的有效工作宽度.当车辆纵向轴距为1.2 m和1.4 m时,其前后轴的作用效应发生重叠,因此需考虑前后轴共同作用计算钢桥面板有效工作宽度.在靠近中腹板各600 mm左右,中腹板附近U肋下缘应力变化很大,在55.4%左右,超出这个范围U肋下缘应力变化很小,各U肋下缘应力值在5.2%左右变化.相对于顶板厚度为16 mm模型,不同顶板板厚的U肋下缘应力、顶板应力和桥面板变形的有效工作宽度系数变化分别在20%、2%、14%以内.结论提出的钢桥面板顶板有效工作宽度和U肋下缘应力有效工作宽度及变形有效分布宽度计算方法,为钢桥面板第二体系与疲劳的计算提供简便方法.     

正交异性钢桥面车轮横向位置识别

车辆经过正交异性钢桥面（Orthotropic Steel Deck，OSD）时的车轮横向位置对其疲劳细节分析以及桥梁动态称重系统（Bridge Weigh-In-Motion，BWIM）识别精度至关重要. 针对OSD桥梁局部荷载效应显著的特性，提出了基于BWIM系统中传感器所采集的响应信号来识别过桥车辆横向位置的有效方法. 首先，建立OSD桥梁的有限元模型，并通过标定试验进行验证，然后提取其纵肋横向分布影响线 . 最后，基于横向分布影响线和最小二乘法，建立 OSD中 U肋理论与实测响应的误差方程. 为了验证该方法的准确性和适用性，建立了基于Ls-dyna的车桥耦合振动模型，探究了车辆状况（包括车辆速度、车轴数目和车轮横向位置）以及车轮与桥面接触面积的影响. 模拟分析表明，该算法识别精度对车辆状况的鲁棒性好，针对不同车辆速度、车轴数目和车轮横向位置，其识别精度最大平均误差分别为 9 mm、4.6 mm、12.5 mm，并明确了车轮与桥面接触宽度宜选择为200 mm. 在此基础上，开展实桥试验进一步验证该方法的有效性，结果表明，提出的方法能有效识别 OSD过桥车辆的横向位置，且识别精度较高，适用范围广.     

组合桥面板疲劳荷载后剩余承载力试验研究

为了研究高性能混凝土组合桥面板经历疲劳荷载后的剩余承载力,设计制作了两个足尺的正交异性高性能混凝土组合桥面板,通过疲劳和静力加载试验测试了正交异性组合桥面板的静力承载能力、破坏形态与疲劳后剩余极限承载力。试验结果表明：正交异性高性能混凝土组合桥面板经历疲劳荷载后的静力破坏形态为受弯破坏,试件达到极限状态时中支点截面U肋屈曲,受拉钢筋屈服,负弯矩区混凝土板开裂严重,组合桥面板的受力性能发生退化。经过疲劳加载后的桥面板的剩余极限承载力较没有经过疲劳加载的桥面板承载力下降了约11.6%。基于钢筋混凝土黏结滑移理论推导了适用于疲劳荷载作用后的高性能混凝土组合桥面板平均裂缝间距计算公式。对比试验结果,所提出的平均裂缝间距计算公式具有良好的精度,可为实际工程应用提供理论参考。     

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.     

混合钢U肋加劲板焊接残余应力影响因素分析

建立三维热弹塑性有限元模型,对混合钢U肋加劲板的焊接温度场和应力场进行模拟,并应用盲孔法残余应力测试试验验证了该数值模拟方法的正确性.应用经验证的焊接残余应力数值模拟方法,研究散热系数、焊接有效功率、熔池面积大小、焊接速度变化对混合钢U肋加劲板焊接残余应力分布与大小的影响.结果显示,焊接有效功率对混合钢U肋加劲板的残余应力分布的影响最大,其次为熔池面积及焊接速度,散热系数影响很小;母板和U肋的残余拉应力和残余压应力大小、残余拉应力区分布宽度、母板残余拉应力合力和残余压应力合力,与焊接有效功率和熔池面积大小成正比变化,与焊接速度成反比变化;而U肋残余拉应力合力和残余压应力合力,与焊接有效功率成正比变化,与熔池面积大小和焊接速度成反比变化.     

高速公路路基动力响应现场试验与数值分析

基于长沙绕城高速公路路基的动力响应现场试验,让车辆荷载直接作用于路基上,运用光纤光栅元件对路基下多个测点进行测试.根据现场试验结果,结合数值计算模拟软件,分析了路基动应力随路基深度的衰减关系,认为标准轴载的动应力影响深度为3m左右.与此同时,还得到了不同车辆荷载在不同行驶速度的动应力的变化规律.创新性地提出了车辆荷载的正弦函数的修正模型.     

基于Tikhonov正则化与模型减缩技术的虚拟迭代载荷反求

将模型减缩技术应用于动态响应的求解,基于Tikhonov正则化载荷反求方法,在迭代过程逐步修正载荷信号,使系统的响应逼近期望响应信号,最终精确反求出载荷信号.算例表明,该方法相对于传统Tikhonov方法,既保留了良好抗噪特点,同时又提高了峰值载荷处的反求精度,从而使得整体反求精度更高.     

一种提高视频车速检测精度的方法

通过对基于虚拟线的机动车视频测速方法的精度分析,提出了一种提高测速精度的方法.该方法在车道上定义一个矩形检测区,该检测区在视频图像上呈现出梯形,采用二维图像标定方法将梯形图像区域中任意一点的图像坐标准确地映射为检测区内对应点的地面坐标.通过在车辆经过检测区的视频图像中选取适当的图像帧,可以获得车辆的位移及对应的时间间隔,从而获得较高精度的速度测量结果.     

公路桥梁长加载区间的多车道车辆荷载概念模型

高速公路多车道荷载及其响应的差异一直是桥梁设计与研究关注的重点,目前的多车道荷载模型对这种差异表述不合理,特别是长加载区间效应.选取2009~2013年实测的2车道和4车道28d自由通行的WIM(Weigh-in-motion)数据,研究车辆的车道选择和荷载的空间分布特性,分析长加载区间的多车道荷载响应,提出了考虑多车道荷载模型的新思路,并校核了该概念模型的系数取值.研究表明,应选用至少3周以上数据进行车辆及荷载分析才具有统计意义,多车道中各分车道的车辆及荷载分布具有显著差异,我国规范基于车道荷载同分布的假定不成立.车道荷载分位值差别显著,而最大值却大致相同,说明多车道荷载模型无法兼顾不同加载区间的修正要求.长加载区间上分车道荷载响应之间的比值趋于稳定数量关系,表明各车道不仅不能达到相同水平极值,且不能同时达到.推荐的多车道概念模型能科学考虑长加载区间上分车道及总车道响应极值的关系,更具工程意义,校核的系数表明推荐模型合理可用.     

舰载飞机着舰撞击载荷实测技术研究

针对国内飞机起落架载荷测量中普遍存在的静标动测问题,从理论和机理上分析了静标定的应变法实测动态载荷存在问题的原因。同时,考虑到舰载飞机因定点着舰方式遭受严重的动态载荷,重点研究了舰载飞机着舰撞击载荷的静标动测问题。通过动态落震试验模拟飞机着舰过程,根据测力平台的实测载荷分析,获取了应变法实测载荷精度受动态影响的程度,提出一种改进的惯性修正方法,即:通过落震试验数据辨识质量矩阵,通过辨识的质量矩阵和实测加速度修正应变法的实测载荷。试验结果表明,改进的惯性修正方法进一步提高了垂向载荷的测量精度,显著提高了航向和侧向载荷的实测精度。     

基于特征匹配算法的双目视觉测距

距离测量作为障碍物检测以及路径规划的前提和基础是机器人研究领域的一个重要分支。在众多测距方法中,由于双目立体视觉具有信息丰富、探测距离广等优点被广泛应用。本文将改进的SIFT特征匹配算法应用到双目视觉测距与标定系统中。首先建立双目视觉测距模型,测量值由空间物点在左右摄像机下的像素坐标值决定;其次根据该模型的特点提出了基于平行光轴的双目立体视觉标定方法;最后利用改进的SIFT特征匹配算法,提取匹配点的像素坐标完成视觉测距。实验结果表明,根据测量数据对障碍物进行三维重建,相对距离与真实场景基本吻合,能够有效地指导机器人进行避障。     

基于动力指纹和Bayes数据融合的桥梁损伤识别

受测量噪声的影响,采用单一指标评价桥梁安全容易产生误判,因此提出一种基于Bayes理论的桥梁损伤识别方法.该方法将识别过程分解为损伤定位识别与损伤定量识别两部分,首先采用Bayes公式融合归一化的动力指纹,进行损伤位置识别,进而提取损伤处的动力指纹构建Bayes网络,计算各节点的条件概率,从而识别损伤程度.通过简支梁数值模拟验证了该方法具有良好的抗噪性,尤其能够对小损伤准确定位,对程度差别小的损伤准确分类.     

电动助力转向系统优化标定方法研究

针对现有的电动助力转向系统(EPS)标定参数复杂、标定周期长、标定效果不理想问题,提出了一种EPS系统控制参数的优化标定方法。建立了EPS系统和二自由度整车数学模型;提出EPS系统性能评价指标,研究EPS系统控制参数与所提性能指标之间的关系曲线,并提出以转向稳定性为约束条件,以路感频域能量平均值最大和助力特性动态误差总方差最小为优化目标的控制参数优化标定模型。试验表明这种优化标定方法可以使EPS系统性能得到提高,有效指导标定人员进行参数标定,缩短EPS系统的研发周期。     

基于载荷谱的传动箱体轻量化设计研究

针对某特种车辆综合传动箱体强度过剩,质量过重的现状,需要对箱体进行优化.传统的优化方法是基于转速转矩的经验公式计算一个较大的动载系数,减少后续优化空间.此方法主要基于台架试验载荷谱获得动载系数及应力约束.建立箱体应力分布特征,筛选测点位置,对该箱体进行台架试验,测得危险部位的载荷谱.对载荷谱进行处理获得动载系数,对箱体支撑力进行修正.对箱体进行拓扑优化与尺寸优化,达到轻量化的目的.