既有铆接铁路钢桥剩余寿命的评估

为确保既有铆接铁路钢桥使用安全，探讨了评估既有铆接铁路钢桥疲劳剩余寿命的方法。以京九线赣江桥为例，介绍了基于断裂力学的既有铆接铁路钢桥剩余寿命评估的原理与方法。基于断裂力学的评估过程主要包括如下4个步骤：识别临界构件、计算临界裂纹尺寸、疲劳裂纹扩展模拟、确定探测间隔。根据赣江桥剩余寿命评估结果：若按保证桥梁的正常使用功能，超声波探测间隔为1a；若按保证主桁结构承载安全，则探测间隔为3a。     

铁路钢桥节点既有腐蚀疲劳裂纹扩展寿命

为评估服役中铁路钢桥由于环境腐蚀作用产生初始裂纹后的剩余疲劳寿命,对列车行走荷载作用下铁路钢桥节点横梁处在环境腐蚀形成初始裂纹后的疲劳裂纹扩展寿命进行研究。以铜九(铜陵—九江)线鄱阳湖铁路钢桥为背景,基于子模型法的多尺度建模方法,运用通用有限元软件建立铁路钢桥整体壳体模型和节点横梁处含初始裂纹的精细网格划分的实体模型,获得了在列车行走荷载作用下铁路钢桥节点横梁处的精确动应力响应;基于断裂力学的四参数Forman公式对铁路钢桥在4种不同初始裂纹长度下的腐蚀疲劳裂纹扩展寿命进行了评估与对比,并对有无环境腐蚀作用下的疲劳裂纹扩展寿命进行了对比分析。结果表明:基于子模型法的壳-实体多尺度建模方法既可以满足大型复杂结构在数值计算过程中的计算效率,又能够满足评估疲劳寿命计算所需的精确动力响应要求,可以精确评估铁路钢桥腐蚀疲劳裂纹扩展寿命;铁路钢桥既有腐蚀疲劳裂纹扩展寿命主要产生在小裂纹扩展阶段,计算得到0.5mm初始裂纹扩展到10mm时需要循环484 509次,占总扩展寿命的50.2%;铁路钢桥疲劳裂纹扩展寿命受环境腐蚀的影响非常大,其比无腐蚀疲劳裂纹扩展寿命降低79%左右。研究结果可为预测疲劳裂纹发展趋势、评估铁路钢桥剩余寿命和评定结构的安全性与运营能力提供参考。     

既有铁路钢桥的系统疲劳可靠度评估

既有铁路钢桥承受着日益繁重的交通荷载,其使用安全倍受关注。针对铆接结构多破坏模式和铆接多成份、多构件的疲劳失效特点,在建立铆接构件双角钢概率疲劳破坏模型的基础上,提出铆接钢桥系统疲劳可靠性分析模型。基于M on te C arlo算法,建立计算系统疲劳失效概率的基本流程,编制用于铆接钢桥系统疲劳可靠性分析的大型程序RBSPFF。将铆接钢桥系统疲劳可靠性分析模型应用于京九线赣江桥的疲劳可靠度评估。由赣江桥概率剩余寿命评估结果可知,若按保证桥梁的正常使用功能,上、下游铁路桥面系的超声波探测间隔分别为1.7 a和0.6 a;若按保证主桁结构系统承载安全,则探测间隔为3.7 a。     

福州市城市桥梁疲劳荷载研究

通过对福州市城市桥梁交通荷载和运营车辆的装载情况调查,得到由32类日常典型的运营车辆组成的荷载频值谱,以及货运车辆的空载率.根据等效疲劳损伤原理将所得到的荷载频值谱简化为由6辆疲劳荷载模型组成的具有实用性的荷载频值谱.进一步分析得到一辆适宜验算桥面系构件的标准疲劳车辆荷载模型.所得到的疲劳荷载频值谱和疲劳车辆荷载模型,可以供城市钢桥疲劳损伤验算参考.     

广州市高架桥疲劳荷载车辆模型研究

通过对广州市内环线恒福路段交通情况的实地调查，依据等效疲劳损伤原理，将实测的车辆荷载频值谱简化为由疲劳荷载模型车辆组成的实用频值谱，得到了由日常运营车辆组成的荷载频值谱．根据车辆组成的荷载频值谱，建立了广州市高架桥疲劳荷载车辆模型．所建立的疲劳荷载车辆模型，可供广州市其他高架桥梁疲劳损伤验算或疲劳设计时参考．     

钢桥面板U肋与盖板焊缝构造细节疲劳性能评估

为了评估正交异性钢桥面板U肋与盖板焊缝构造细节的疲劳性能,以九江长江公路大桥钢箱梁实际结构为研究对象,设计疲劳试样进行疲劳试验,得到用于该构造细节处疲劳寿命评估的失效概率分别为50%及2.3%的Δσ-N(应力幅-循环次数)曲线,参照欧州EC.3规范规定,将所得疲劳曲线延长至长寿命区,提出适合该细节处的疲劳设计曲线及其方程。依据实测车辆荷载谱及简化的钢桥有限元模型,选择合理的加载方式与荷载冲击系数,计算得到构造细节疲劳关注点的应力-时间历程曲线及名义应力谱,并对该构造细节的疲劳寿命进行评估。研究结果表明:在实测车辆荷载谱作用下,该构造细节处最大应力幅为45.39MPa,小于疲劳截止限,该细部构造满足疲劳设计要求;研究成果可为公路大桥维修保养和健康监控等提供参考依据。     

基于断裂力学的混凝土桥梁疲劳损伤及寿命评估分析

在传统分析典型混凝土桥梁疲劳损伤及剩余寿命预测的基础上,根据混凝土桥梁在变幅应力荷载作用下计算疲劳损伤度,建立等效疲劳车模型,通过断裂力学方法和K准则,确定混凝土主要构件的初始裂纹和断裂类型及临界断裂深度,并采用断裂力学方法对湖南省常德市沅水混凝土桥进行疲劳损伤及剩余寿命评估分析.结果表明:断裂力学方法在进行典型混凝土桥梁研究中表现出良好的可信度,是一种非常有研究价值的混凝土桥梁疲劳损伤和剩余寿命的研究评估方法.     

钢箱混凝土准结合梁焊缝疲劳寿命评估

文章根据广州市内环线恒福路段的交通量调查结果,推导得出了恒福路段高架桥的标准车辆荷载谱,采用MSCPatran软件建立有限元模型,利用标准车辆荷载谱对该桥进行加载,应用MSCNastran、MSCFatigue软件进行有限元分析和疲劳寿命评估二者的整合,对钢箱混凝土准结合梁焊缝进行了疲劳寿命评估,得出合理结论,为该类型桥梁的疲劳问题求解提供了实用计算方法。     

既有钢筋混凝土桥梁碳化可靠度评估方法

讨论了钢筋混凝土结构的混凝土碳化机理及碳化深度模型，给出了适合于既有钢筋混凝土桥梁可靠度分析的混凝土碳化深度表达式．以混凝土碳化至钢筋表面作为结构的耐久性失效极限状态，建立了以现时刻为分析时间起点的混凝土碳化可靠度分析及剩余碳化寿命预测模型，并研究了其实用近似计算方法．以一座实际钢筋混凝土桥梁为例，对其碳化可靠度及剩余碳化寿命进行评估，为该桥的维修加固决策提供参考依据．     

港口公路桥梁疲劳荷载谱研究与应用

为了对港口公路桥梁疲劳荷载谱进行研究,以浙江沿海一座港口公路桥梁为背景,连续跟踪其1年内的通行车辆荷载信息,研究港口公路桥梁的疲劳荷载谱。首先根据车轴数量和轴距将桥上通行车辆划分为7类,从车流量、轴载质量和轴距3个方面分析港口公路桥梁车辆荷载的分布特征;然后根据等效疲劳损伤原理,计算各车型的等效轴载质量和等效轴距,得到港口公路桥梁疲劳荷载谱;最后应用得到的疲劳荷载谱,采用热点应力法对该港口公路桥梁正交异性钢桥板的3个关键疲劳细节进行寿命评估。结果表明:两侧慢车道车流量占主要地位,占比高达总量的79.5%;四轴以上货车(V4~V7)在总车流量中占比高达81.5%,以V4、V5和V7为主;其中四轴车轴载质量均服从混合高斯分布,轴距均服从典型高斯分布;在港口公路桥梁疲劳荷载谱中,所有等效疲劳车辆的质量均大于10t,并且四轴以上货车占比高达85.9%;四轴以上货车对钢桥面板的疲劳损伤贡献率超过90%,其中五轴车和六轴2类车占比最高,约为70%,三轴2类车的疲劳损伤贡献率最低,占比不到1%;评估得到该桥钢桥面板的3个关键疲劳细节的疲劳寿命均小于设计使用寿命,并且疲劳细节P2和P3的疲劳寿命仅为4.4年和6.1年,后续应对其加强监测,以确保桥梁结构安全;得到的疲劳荷载谱对今后港口公路桥梁的抗疲劳设计和疲劳损伤评估具有较强的参考价值,疲劳寿命评估结果对该桥的后期维护具有指导意义。     

既有连续钢桁梁桥加固后工作状态模拟

结合在役桥梁特点，依据桥粱实例，分析建立了既有连续钢桁梁桥加固前、后平面和空间计算模型。通过模型计算结果与实测资料对比分析，以及空间与平面模型计算结果的比较，表明空间计算模型为合理的工作模型。空间计算模型采用空间梁单元模拟桁架桥杆件，可以考虑弯曲次内力和结构空间受力行为，能够比较真实地实现连续桥梁的工作状态模拟。该模型为桥梁加固后安全寿命评估奠定了基础。     

铆接钢桥剩余寿命与使用安全评估实例

将确定性与概率性评估方法应用于上海市浙江路桥剩余寿命安全评估．基于Monte-Carb法实NT应力谱模拟．按Miner准则估算了构件检测优先级．采用简化断裂力学模型计算了剩余寿命与探测间隔．在合理确定随机变量参数取值和目标可靠度基础上，应用Monte-Carlo法实NT桥构件和结构系统疲劳可靠度计算，并确定了概率性探测间隔．评估结果表明，结构系统疲劳可靠度、探测间隔要比单个构件的低．确定性与概率性评估结果为该桥维护决策提供了依据．     

基于车桥耦合振动的波形钢腹板箱梁体外预应力束疲劳损伤评估

基于ANSYS建立精细化波形钢腹板箱梁桥数值模型,开展体外束疲劳分析。利用MATLAB编制了考虑车辆类型,行车位置、速度、车头距及轴重等因素的随机车流程序。采用雨流计数法计算24小时内随机车流作用下体外束应力等效应力幅以及等效应力循环次数。修正Muller研究结果,提出应力比低于0.035且考虑侧向弯曲磨损作用下的钢绞线S-N公式。利用Miner累积损伤准则并考虑冲击系数的影响,推算波形钢腹板箱梁桥体外预应力束的疲劳损伤度及剩余疲劳使用寿命,同时分析了桥梁跨径对体外束疲劳损伤的影响。研究结果表明,移动荷载对不同位置处体外束应力影响线的大小顺序为：中跨跨中位置＞边跨跨中位置＞中跨1/4跨位置,中跨跨中位置处的体外束应力受到的车辆荷载的影响较大；随机车流对体外束产生的疲劳损伤随跨径增加而减小。     

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.     

基于断裂力学的锚拉板疲劳寿命评估

为研究斜拉桥锚拉板结构的疲劳性能,以一座叠合梁斜拉桥为例,采用最新钢桥规范的疲劳荷载模型加载并按雨流法处理计算了疲劳荷载谱,结合空间实体有限元模型,识别了锚拉板的典型构造细节并获得疲劳应力谱;在典型构造细节处引入初始表面裂纹,计算了裂纹尖端的应力强度因子,回归分析得到应力强度因子与裂纹尺寸的关系式,代入Paris公式积分得到了各典型构造细节的疲劳寿命,从而建立了基于断裂力学的锚拉板疲劳寿命分析方法.研究结果表明:基于断裂力学方法得到的锚拉板疲劳寿命超过了100年,满足设计及使用要求;裂纹初期扩展很慢,当尺寸达到10mm时,已消耗了60%~80%的疲劳寿命,应及时加以补强.     

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.