钢-UHPC组合桥面的疲劳性能研究

目的 研究钢-UHPC组合桥面的疲劳裂纹类型和发展规律,分析疲劳裂纹对组合桥面板结构受力特性的影响,为钢-UHPC组合桥面的设计提供理论依据.方法 依据实桥主桥钢桥面的构造参数,设计制作了两个足尺试验构件,进行静载、疲劳试验,并与有限元计算结果进行对比分析.结果 有限元模型计算的各测点应力和位移与实测值基本吻合;纵肋与...     

基于热点应力的钢桥面典型构造细节疲劳分析

正交异性钢桥面具有轻质、高性能、施工便捷等应用优势,但其构造复杂且多采用焊接工艺,在反复交变车辆轮载作用下疲劳开裂问题突出。其中,顶板与纵肋连接焊缝(简称顶板-纵肋焊缝)和纵肋与橫肋连接焊缝(简称纵肋-橫肋焊缝)是两类最突出和最具代表性的构造细节。采用名义应力法和三种常用热点应力法,在充分考虑交通量对荷载修正的基础上,对上述两类钢桥面典型构造细节开展了精细化有限元分析,确定疲劳应力幅,并进行疲劳检算。通过分析和对比各疲劳评价方法,提出适用于各类构造细节的计算方法。分析结果表明,分析顶板-纵肋构造细节和纵肋-橫肋焊趾截止处纵肋腹板竖向开裂推荐采用表面线性外推方法(linear surface extropolation, LSE)方法,分析纵肋-橫肋焊趾截止处纵肋腹板横向开裂推荐采用Dong方法。研究结果可为正交异性钢桥面的评估、设计和应用提供参考。     

桥面铺装对钢桥面板疲劳应力幅的影响

钢桥面板厚度小,铺装层的相对刚度较大,钢桥面板疲劳设计时,应该考虑铺装层与钢桥面板的共同作用。假设桥面铺装与顶板没有相对滑移,采用有限元方法探讨了桥面铺装弹性模量和厚度对正交异性钢桥面板疲劳应力幅的影响。     

桥面铺装温度对正交异性钢桥面板疲劳的影响

通过带桥面铺装的正交异性钢桥面板足尺模型疲劳试验,实测了不同桥面铺装温度条件下钢桥面板的受力,分析了桥面铺装温度对钢桥面板疲劳损伤度的影响.结果表明:沥青混合料钢桥面铺装刚度随着温度升高迅速降低,导致铺装层下的正交异性钢桥面板受力迅速增加;在相同的荷载条件下,高温(55℃)条件下钢桥面板疲劳损伤度约为常温(10℃)的21倍.     

钢-UHPC轻型组合桥面受模拟 行车扰动后抗裂性能研究

为探明钢-超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete,UHPC）轻型组合桥 面结构在施工中受行车扰动后的抗裂性能,以重庆鱼嘴长江大桥为背景,进行了理论和试验 研究. 首先通过有限元计算获得施工中行车引起的UHPC层顶面最大拉应变（以下简称扰动幅 度）,计算结果表明：该桥 UHPC层在施工中受到的最大纵、横向扰动幅度分别为 144 με和 60 με;接下来,依照实桥结构,设计并制作6个模型试件;然后,将试件平均分为两组,每组设1个 不受扰动的对照试件和 2个在 UHPC 凝结过程中接受扰动的扰动试件,两组试件的设计扰动 幅度分别为 160 με和 240 με;最后,通过四点负弯矩静力试验对比了对照试件和扰动试件的 抗裂性能. 试验结果表明：幅度不大于160 με的扰动对试件的抗裂性能无明显影响;幅度大于 160 με的扰动对试件的UHPC层造成损伤,导致试件的名义开裂强度降低,因此,建议在实桥 施工过程中将行车扰动幅度的限值取为160 με.     

基于断裂力学的钢-UHPC组合结构中栓钉的疲劳寿命评估

为研究钢-超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板中焊接栓钉疲劳寿命的高效评估方法,采用Schwartz-Neuman交替法建立钢-UHPC组合结构中栓钉焊缝表面裂纹的三维断裂力学模型,进行裂纹扩展模拟和栓钉的疲劳寿命预测.首先使用2种常用有限元软件ANSYS和ABAQUS中的断裂力学模型验证Schwartz-Neuman...     

U肋带内隔板钢桥面疲劳性能研究

针对正交异性铁路钢桥面构造细节,开展U肋钢桥面疲劳性能研究,进行了两个足尺钢桥面构件的静载和高周疲劳承载试验,其中试件DECK1纵肋无内隔板,试件DECK2在横梁腹板处纵肋内设置内隔板.试验研究结果表明:纵肋内隔板可有效改善纵肋腹板和横梁帽孔细节部位的受力,提高钢桥面的疲劳强度;与横梁帽孔交汇处的纵肋腹板为疲劳裂纹易发处,两个构件均在此处出现水平向疲劳裂纹;采用有限元计算模型,分析研究了纵肋内增加内隔板对钢桥面受力的影响,计算结果与试验结果吻合.     

钢-薄层UHPC轻型组合桥面结构抗弯疲劳及剩余承载力试验研究

为探明栓钉间距对钢-UHPC轻型组合桥面结构受力性能的影响规律,完成了3个钢-UHPC组合梁试件变幅疲劳试验,主要试验变量为栓钉间距（100 mm、150 mm、300 mm）.在疲劳试验中,重点考察了栓钉间距对轻型组合桥面结构疲劳性能的影响,并关注了栓钉焊趾处钢面板受拉-短栓钉受剪耦合作用下的疲劳性能;而在疲劳后的剩余承载力试验中,探明了栓钉间距对疲劳后UHPC裂缝发展规律及抗弯承载力的影响.疲劳试验结果表明,当栓钉间距为300 mm时,单位荷载下的钢-UHPC界面滑移明显高于其他两个试件,但在疲劳加载过程中,界面滑移增长并不明显;对于U肋受压区底板应变,当栓钉间距为100 mm和150 mm时,整个疲劳试验过程无明显变化,而当栓钉间距为300 mm时,应变呈现微小的增大趋势;为分析试件中栓钉根部的钢面板拉-剪耦合疲劳受力状态,基于《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/T D64-01—2015）中的计算方法进行了分析,结果表明,该方法能够获得偏保守的计算结果.此外,疲劳后的剩余承载力试验表明,栓钉间距越小,试件的塑性变形能力越强,截面的抗弯承载力相应提高.分别按弹塑性理论和塑性理论计算了试件的剩余承载力,发现试件虽然经历了疲劳加载,但测承载力仍大于计算承载力,且基于塑性理论的计算结果更接近实测结果.     

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.     

正交异性钢桥面板疲劳易损区应力分析

盖板-U肋-横隔板三向连接节点是正交异性钢桥面板中最容易发生疲劳开裂的部位。采用ABAQUS软件建立了四跨连续正交异性钢桥面板结构的实体与板壳混合有限元模型。利用AASHTO标准疲劳车开展静力响应分析。发现最外侧U肋处的连接节点应力集中最为明显。在此基础上开展在单轮和横向双轮作用下各关键位置正应力的纵、横向影响线分析,并最终得到了后轴四轮同时作用的最不利荷载位置。进一步基于外推法对各疲劳易损区焊趾处的热点应力进行计算和分析,得到了相应的应力集中系数。结果表明:U肋外推区的应力分布比较符合线性外推准则,但横隔板外推区的应力呈现明显的非线性变化,建议采用二次外推方法。     

环氧沥青混凝土在大跨径钢桥面铺装中的应用

大跨径钢桥面铺装是大跨径桥梁建设中的难点，本文研究环氧沥青混凝土应用于钢桥面的铺装技术，包括材料组成设计，粘结层强度，混合材料料特性和路用性能，钢板与铺装层复合梁抗疲劳性能，环氧沥青混合料生产和摊铺等方面，研究表明环氧沥青混凝土是优良的钢桥面铺装材料，研究成果首次在南京长江第二大桥上的成功应用，为我国大跨径钢桥桥面铺装提供了新的铺装类型，有广阔的应用前景。     

桥面铺装环氧沥青防水粘结层性能试验与评价

为评价桥面铺装环氧沥青防水粘结层的性能,采用剪切、拉拔等试验,研究分析了环氧沥青对钢板基面和水泥板基面的粘结强度及其强度随温度和养生时间的关系;采用复合板模拟试验,分析比较了几种防水粘结层与不同基面板和沥青铺装层的剪切强度和拉拔强度。试验结果表明:环氧沥青作为桥面结构防水粘结层,其剪切、拉拔强度明显优于其他类型材料,并且对钢板基面的拉拔、剪切强度均高于水泥板基面,说明环氧沥青更适合于钢桥面铺装;在高温下,环氧沥青与其上沥青结构具有良好的粘结强度。     

正交异性钢桥面板疲劳性能的局部构造效应

建立了润扬大桥斜拉桥和悬索桥钢箱梁的疲劳分析模型,以顶板纵肋厚度、横隔板间距和纵隔板设置为重点设计参数,详细考察了钢箱梁局部构造对焊接细节疲劳效应的影响规律.分析结果表明,纵隔板设置导致2座大桥的顶板-纵肋焊接细节的疲劳效应存在较大差异,而由于纵隔板设置和纵肋厚度导致纵肋对接焊接细节的疲劳效应存在显著差异.在此基础上进一步研究了桁架式纵隔板对2类焊接细节疲劳效应的影响范围.对于顶板-纵肋焊接细节,影响范围为以纵隔板-顶板节点为中心,顺、横桥向长度均为0.6 m的矩形分布区;而对于纵肋对接焊接细节,影响范围为以纵隔板的顺桥向截面为中心,宽度为0.6 m的长带状分布区.     

钢桥面板疲劳热点应力计算模型精度分析

通过建立钢桥面板顶板与U肋焊缝分析模型,考虑不同的单元类型和单元划分精度,计算钢桥面板顶板表面及沿厚度方向的应力分布,分析了不同计算模型精度对应力分布规律的影响,并对比不同热点应力取值方法的计算结果。分析表明:应力集中在焊缝边缘位置表面处最明显,当分析模型单元尺寸足够小时,计算结果收敛。对于顶板焊缝数值计算模型,建议采用8节点实体单元计算热点应力时,板厚方向设置不少于8层单元,采用20节点实体单元计算热点应力时,沿板厚方向设置不少于4层单元。对比几种热点应力取值方法计算结果,不同方法热点应力值相差在10%以内,表面外推法计算结果最大,1 mm方法计算结果最小。     

Epoxy asphalt concrete paving on the deck of long-span steel bridges

It is the first systematic research in the world on the composition design of epoxy asphalt concrete as paving material. Material characteristics and service performante of mixture, fatigue resistance characteristics of epoxy asphalt concrete by the fatigue test of complex beam have also been described. This research indicates that epoxy asphalt concrete is a good type of paving material. Research results have been applied successfully in the paving of steel deck of the Second Nanjing Yangtze River Bridge (SNYRB).It provides a new paving type for long-span steel bridges of China and has a bright application prospect.     

基于正交异性桥面板应力监测数据的车辆荷载识别

研究了基于正交异性桥面板应力监测数据的车辆荷载识别技术。通过在正交异性桥面板顶板U肋下缘布设应变计,采集车辆通过时的应力响应。首先利用同一U肋不同截面测点应力响应间的互相关函数来估计车速,针对车辆作用下同一截面下不同测点的应力响应面积的变化,提出了余弦相似度这一指标实现车辆横向定位,最后通过比较实测应力响应面积与标定荷载作用下响应面积来实现未知车辆荷载的识别。通过数值模拟验证了算法的有效性和抗噪性。最后设计了一个模型试验进一步验证了提出的理论。数值和试验结果表明,提出的算法可以有效识别车辆荷载,算法具有较好的抗噪性能,提出的标定间距可以为工程结构提供具有实操性的指导。     

正交异性钢桥面板厚度对铺装层荷载响应敏感性分析

根据线弹性理论和层状体系理论,用有限元分析方法计算分析了钢箱梁桥面板厚度参数对铺装层的弯沉量、层顶弯拉应力、粘结层与桥面板结合处的主剪切应力的分布与变化的影响作用,并给出合理的正交异性桥面结构钢桥面板厚度参数值。     

基于PG的复合改性沥青混合料性能的试验研究

沥青混合料的低温性能是寒区沥青路面低温开裂的主要影响因素,现有的改性沥青低温性能不能满足寒区沥青路面PG技术规范的要求。在黑龙江省常用道路沥青性能与复合改性沥青性能的PG评价结果基础上,对不满足PG_(m~n)低温性能标准的黑龙江省道路沥青进行了进一步的复合改性,对相应的复合改性沥青混合料性能进行了PG评价,研究目标是研发适合PG_(m~n)技术标准的黑龙江省道路沥青。研究内容包括:复合改性剂与复合改性沥青混合料的组成设计,复合改性沥青混合料高低温性能评价等。研究结果表明,以PG技术指标为标准的复合改性沥青混合料的高温车辙与低温开裂性能均有较明显的提高,基本满足PG_(m~n)技术标准的要求。研究结果对改善黑龙江省沥青路面的低温性能具有一定的理论与实用价值。     

环氧沥青与石料的黏附性能研究

文章设计了剪切黏附试验方法,采用自行研制的环氧沥青和普通沥青材料,以及花岗岩和石灰岩2种石料,分别在不同温度下进行剪切黏附试验。结果表明,环氧沥青材料与2种石料的剪切黏附强度远大于普通沥青,而且2种石料之间的黏附剪切强度相差较小;通过浸水试件的试验,证明了环氧沥青与石料的黏附性能受水影响较小,可以有效地指导环氧沥青混合料的设计以及配方的优化。