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.     

桥面铺装对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响

目的研究沥青混凝土桥面铺装对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响,提出合理的铺装层厚度与弹性模量.方法建立正交异性钢桥的有限元模型,并与试验结果进行对比,验证正交异性钢桥有限元模型及其边界条件的有效性;选取易产生疲劳裂缝4个典型位置的构造细节进行有限元分析,从而找到桥面铺装层厚度、弹性模量等铺装层参数对正交异性钢桥面板疲劳细节处应力幅的影响趋势;验算疲劳细节应力幅值是否小于《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)中疲劳S-N曲线中相应疲劳细节的200万次循环疲劳强度35 MPa.结果当铺装层厚度自60 mm增加到100 mm时,疲劳细节的等效应力幅值逐渐下降,且呈线性递减趋势;铺装层厚度为70 mm时,其弹性模量应不小于5 000 MPa为宜;当其模量自1 000 MPa增加到10 000 MPa时,不同疲劳细节的等效应力幅值呈非线性下降趋势.当其模量增加到8 000 MPa时,疲劳细节的等效疲劳应力幅趋于稳定;铺装层材料的模量为3 000 MPa时,其铺装层厚度应不小于80 mm为宜.结论 4种疲劳细节中,与钢桥面板接触的疲劳细节其疲劳性能受铺装层厚度、铺装层模量影响比其他疲劳细节大.桥面铺装层能有效地降低疲劳细节的等效疲劳应力幅,改善正交异性钢桥面板的疲劳性能.     

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.     

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.     

SM490B钢焊接接头疲劳寿命的实验研究

本文介绍了SM490B钢焊接接头的概率疲劳寿命曲线(P S N)的测定方法,为掌握SM490B钢的疲劳性能,提供了可靠性设计依据。     

A131钢焊接接头安全疲劳寿命的实验研究

低温环境下焊接接头的安全疲劳寿命,是冬季海洋平台构件抗疲劳设计与可靠性评定的基础。利用概率统计的方法,得出了在小样本实验条件下,当疲劳寿命服从对数正态分布时安全寿命与中值实验寿命之间的关系。在PLG-300 kN高频疲劳试验机上,测定了在-25℃环境下海洋用钢(A131)焊接接头试样在5种不同应力水平下的疲劳寿命,并得出了其中值S-N曲线。利用对数疲劳寿命标准差的经验取值,得出了焊接接头对应一定置信度下不同安全概率的低温疲劳寿命表达式。结果表明,利用此关系式可以大大减少实验的样本数目。从低温疲劳实验的相关系数可以看出,用线性拟合来回归中值S-N曲线是成功的,而且根据不同的安全概率,可以计算出不同的安全疲劳寿命。     

A131钢焊接接头安全疲劳寿命的实验研究

低温环境下焊接接头的安全疲劳寿命，是冬季海洋平台构件抗疲劳设计与可靠性评定的基础。利用概率统计的方法，得出了在小样本实验条件下，当疲劳寿命服从对数正态分布时安全寿命与中值实验寿命之间的关系。在PLG-300kN高频疲劳试验机上，测定了在-25℃环境下海洋用钢（A131）焊接接头试样在5种不同应力水平下的疲劳寿命，并得出了其中值S-N曲线。利用对数疲劳寿命标准差的经验取值，得出了焊接接头对应一定置信度下不同安全概率的低温疲劳寿命表达式。结果表明，利用此关系式可以大大减少实验的样本数目。从低温疲劳实验的相关系数可以看出，用线性拟合来回归中值S-N曲线是成功的，而且根据不同的安全概率，可以计算出不同的安全疲劳寿命。     

高速铁路系杆拱桥正交异性钢桥面构造研究

在高速铁路系杆拱桥设计中,正交异性钢桥面的构造设计是一个重要的环节。正交异性钢桥面纵向有U肋、板肋和纵梁,横向有大小横梁等组成,各个细部的设计将影响整体的应力分布,对于纵横梁体系设计国内研究较多,这里主要提出正交异性局部U肋构造改变,并且通过FEA有限元计算,改善横梁与纵肋连接处的受力情况。     

正交异性钢桥面板纵肋现场对焊接头的疲劳性能

对八个含有正交异性钢桥面板角钢纵肋现场对接的试件进行了静力和疲劳试验研究,纵助接头采用手工仰焊,考虑了纵肋对中偏差．试验结果表明纵肋对中偏差对接头的疲劳性能有重要影响,经回归分析得到的疲劳强度曲线可达到我国钢结构设计规范GBJ17——88的第四类．正交异性钢桥面板纵肋现场对焊接头的疲劳性能@童乐为@沈祖炎     

EH36钢焊接接头在超长寿命区间的疲劳性能

采用自行研制的TJu．HJ—I型超声疲劳试验装置对EH36钢无余高焊接接头在超长寿命区间的疲劳性能进行研究．试验结果表明：在10^7循环周次以后试件仍然会在焊接接头发生断裂,并且s—N曲线仍呈下降趋势,没有出现传统意义上的疲劳极限．尽管不存在余高,焊接接头表面不存在应力集中,但是大部分试件仍然在焊接接头处断裂．通过扫描电子显微镜分析断口可以观察到,裂纹源大部分处于表面机械加工微痕及次表面微观缺陷处．另外,焊接接头中缺陷引起的“鱼眼”与母材中的“鱼眼”并不完全相同,前者的鱼眼中不存在视觉黑暗区．     

正交异性钢桥面板焊接节点应力集中系数

以千米级斜拉桥苏通大桥为工程背景,建立桥面板纵肋与盖板节点有限元模型,基于国内外现有的几种焊接节点热点应力计算方法,对节点焊缝周围的热点应力和应力集中系数进行数值计算,全面分析单元类型、网格划分对计算结果的影响,并通过将现场实测的应力集中系数与数值分析的相应结果进行比较,从而确立热点应力的有效计算方法,获得了节点焊缝周围的应力分布规律和应力集中系数.最后分析了板件几何参数对热点应力集中的影响.     

正交异性钢桥面板的疲劳裂纹扩展规律

为了研究正交异性钢桥面板U肋-横隔板的连接部位的疲劳问题,基于扩展有限元方法分析典型疲劳裂纹的扩展机理,并引入U肋-横隔板焊缝的残余应力,分析残余应力对疲劳裂纹扩展的影响。研究结果表明:萌生于横隔板开孔处的疲劳裂纹未考虑残余应力时不会扩展,加入残余应力后会改变裂纹的应力状态,裂尖应力可以驱动横隔板开孔处的裂纹扩展,裂纹扩展类型为Ⅰ型裂纹;萌生于U肋焊趾处的疲劳裂纹为Ⅰ型主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹,残余应力会影响裂纹扩展角度;对于萌生于横隔板焊趾处的裂纹,相比于不考虑残余应力的情况,考虑残余应力的裂纹扩展规律与实桥开裂规律相符,说明对于焊缝疲劳裂纹,在疲劳评估时应考虑焊接过程中残余应力对评估结果的影响。     

正交异性钢桥面-RPC薄层组合铺装体系研究

为了综合解决钢桥面疲劳开裂和铺装层易损坏两大棘手问题,本文提出薄层活性粉末混凝土(RPC)钢桥面组合结构.正交异性钢桥面铺装有限元模型计算结果表明:相对于柔性铺装,组合铺装体系中铺装层最大拉应力、剪应变、竖向位移降幅分别为54.8%,78.9%和39.1%;组合铺装体系结合面抗剪试验及钢桥面-RPC悬臂梁抗拉疲劳试验结果表明:在高温(60℃)不利条件下,RPC与沥青磨耗层界面抗剪强度为1.3MPa;RPC与钢板抗剪栓钉承载力为66.75kN;在拉应力幅值7.5～14.5MPa条件下,钢桥面-RPC悬臂梁承受200万次疲劳荷载没有出现裂缝.研究结果显示,薄层组合桥面铺装体系,有效降低了铺装体系应力应变幅值以及局部竖向变形,且铺装层各结合面抗剪强度可以满足使用要求.     

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。     

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.     

临界距离理论评定焊接接头疲劳寿命的研究

研究局部法应用于焊接接头疲劳评定的有效性和适应性.基于Taylor的临界距离理论,引入开裂部位的当量应力,它由有限元计算得到.针对钢质与铝质十字接头的疲劳数据进行分析,承载型十字接头的疲劳裂纹源于焊趾或焊根,由当量应力的大小所预测的开裂部位与实验结果相符.对疲劳裂纹源于焊趾部位的承载与非承载型十字接头,以焊趾部位的当量应力作为控制应力,此时疲劳数据的离散程度低,可望将焊趾开裂十字接头的疲劳强度以及S-N曲线统一表示.对疲劳裂纹产生于焊根的承载型十字接头,将焊根部位的当量应力作为控制应力,疲劳数据的分散度较大,与名义应力法相当,此时,局部法的有效性值得进一步考察.     

Q235钢和16Mn钢接头超长寿命疲劳行为及疲劳寿命设计

使用自行研制超声疲劳试验系统对焊接接头进行超长寿命疲劳试验,对比了普通焊态焊接接头与超声冲击态焊接接头超长寿命区间的疲劳行为．研究结果表明：无论是焊态焊接接头还是超声冲击态焊接接头,其疲劳寿命S-N曲线均为连续下降曲线;焊态和超声冲击态焊接接头在1×10^7循环周次附近甚至1×10^9循环周次时接头试件仍然出现了断裂;对于不同焊后处理状态的焊接接头,分别给出了普通寿命区间和超长寿命区间（以1×10^7为疲劳寿命分界点）参考疲劳设计曲线,对今后焊接接头的疲劳寿命设计提出了建议．     

30CrMnSiA钢焊接接头疲劳特性研究

针对某型机部件焊接区连接模拟件开展了疲劳特性研究。首先通过静力试验机测试试验件的极限强度,确定试验件的薄弱部位。然后利用MTS疲劳试验机测试试验件的疲劳特性。试验结果显示,试验件在应力水平87 MPa时的疲劳寿命为106。试验件破坏位置均发生在缺口处。对断口采用扫描电子显微镜进行观测,分析了影响疲劳寿命的因素。该试验结果为部件结构设计的修正提供了依据。     

正交异性钢桥面板疲劳裂纹锤击闭合修复试验

针对正交异性钢桥面板顶板与U肋连接焊缝疲劳构造细节,选取了3个已有焊根疲劳裂纹的局部足尺试件(ICR-1,ICR-2和DB-1)作为研究对象,对ICR-1和ICR-2进行裂纹锤击闭合处理(ICR处理)及维护后疲劳加载.对DB-1的一半疲劳裂纹进行ICR处理,并沿垂直裂纹方向切开,获取原始裂纹断面及锤击后裂纹断面,采用金相显微镜对锤击深度、浅层组织金相等进行分析.研究结果表明:ICR处理可大幅提高原始裂纹的扩展寿命;在ICR处理区域两侧均会萌生新的疲劳裂纹,新裂纹的扩展寿命大于原始裂纹;ICR处理后,原始裂纹开口得到了较好的闭合,重新形成共同受力的结构;ICR处理可使试件表面母材发生明显的塑性流动,产生偏向于焊根、沿板厚方向的挤压效果.     

给定存活率下45钢的疲劳寿命估算

基于临界损伤原理,在以损伤应变范围作为金属材料疲劳裂纹萌生寿命控制参量的基础上,推导了一个新的疲劳裂纹萌生寿命(Fatigue Crack Initation Life, FCIL)估算模型,并给出了模型中始裂抗力系数和始裂门槛值与金属拉伸性能参数之间的关系。与郑氏公式不同,新的FCIL估算模型中疲劳延性指数不恒等于-0.5,而是一个材料常数,用以反映材料抵抗疲劳破坏的能力。以新的FCIL估算模型为基础,建立了含缺口45钢具有给定存活率的疲劳寿命预测公式(PSN曲线公式)。与基于郑氏公式的PSN公式相比,新的PSN曲线公式可以更为准确地预测45钢具有给定存活率的疲劳寿命。