基于应力监测的钢-UHPC组合桥面和环氧沥青钢桥面疲劳性能对比

为评估不同桥面加固方案对正交异性桥面板疲劳性能的改善情况,对比了钢-UHPC组合桥面和环氧沥青桥面铺装的桥梁疲劳性能.基于连续一周的应力时程数据,采用线性累积损伤准则计算了各疲劳易损细节的最大应力幅、等效应力幅和疲劳剩余寿命.建立有限元模型,对2种方案加固后的桥面刚度进行了定量对比,分析了车流量及温度变化对疲劳易损细节...     

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.     

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。     

钢桥面疲劳细节的车辆动力冲击响应研究

选取佛陈新桥(三跨变截面连续钢箱梁桥)为研究对象,以35t标定三轴车进行跑车试验,结合有限元计算,对正交异性钢桥面疲劳细节的车桥动力性能展开研究.首先,将试验结果进行滤波处理,过滤掉噪声信号;然后,采用雨流法提取各个测点的应变幅值和循环次数;最后,按不同的疲劳细节计算出相应的冲击系数,并进行分析.研究发现:徐行与常速工况下,钢桥面均出现明显的车桥耦合现象.由于各疲劳细节处的局部刚度与构造的差异,各疲劳细节测点车桥动力冲击响应各不相同.其中,面板、U肋与隔板测点的冲击系数分别为0.219,0.245和0.394,均大于我国《正交异性钢桥面系统设计与维护指南》和美国AASHTO规定的0.15.研究结果表明目前的设计规范低估了车辆对钢桥面的动力冲击响应.     

基于热点应力的波形钢腹板梁疲劳分析

现行桥梁设计规范没有对波形钢腹板梁的疲劳设计进行规定.为了研究这类结构的疲劳评估和设计方法,对7根波形钢腹板试验模型梁进行了等幅疲劳荷载试验,获得了结构的疲劳试验数据;应用有限元子模型法,结合IIW规程推荐的应力线性外推法,计算了模型梁的热点应力集中系数,基于热点应力法评价了本文试验及其它两个试验中波形钢腹板梁的疲劳性能,结果表明:热点应力法能较好地应用于波形钢腹板疲劳评估中,FAT值建议采用100MPa.波形钢腹板梁有限元参数分析表明:最大热点应力及其集中系数受钢翼缘板厚度和腹板波折角度影响较大,随板厚增大而减小,随波折角度增大而增大;受腹板转角半径影响较小,随转角半径增大而减小.     

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.     

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.     

UHPC加固在役大跨径悬索桥钢桥面：实桥试验与理论分析

为解决大跨径钢桥正交异性钢桥面板普遍存在的疲劳开裂且维修困难等问题,提出了一种疲劳裂缝可免修复的UHPC加固新结构. 以一座在役大跨径悬索桥为研究对象,介绍了新结构的应用背景,并对大桥原沥青铺装、裸钢桥面、钢-UHPC轻型组合结构三种桥面状态分别开展了现场试验. 基于试验结果,系统揭示了钢桥面4类典型疲劳细节的受力特性,包括应力分布规律和加固后的应力降幅,同时,对实桥建立了局部梁段有限元模型,模拟试验中的所有加载工况并进行了对比分析,发现计算得到的应力响应面与试验结果基本一致,最大误差约为10%. 研究结果表明：对于每类疲劳细节,其在纯钢桥面和原沥青铺装两种状态下的应力基本无差异,表明原沥青铺装劣化严重,无法改善钢桥面的疲劳受力状态;而对比铺设UHPC前、后,钢面板上的疲劳细节应力降幅达41%~85%,其中,钢面板-U肋焊缝细节应力降幅为85%,顶部过焊孔处细节应力降幅为44%,而横隔板与U肋交叉部位细节应力降幅为41%,表明UHPC加固薄层有效提高了钢桥面的局部抗弯刚度,从而降低了车辆荷载作用下钢桥面的应力水平. 此外,得到了钢桥面上不同疲劳细节的应力响应线,结果表明,各疲劳细节的应力响应因测点位置不同而存在一定差异. 顶部过焊孔处细节横桥向压应力响应范围较小,而拉应力响应范围较大;面板及顶部过焊孔处细节的纵向应力响应线较短,而U肋-横隔板连接处细节的应力在3道横隔板或横肋范围内仍保持较高水平.     

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.     

夹层桥面板的有限元分析

分别建立相同构造尺寸的普通正交异性钢桥面板和夹层桥面板有限元计算模型,并另外建立三种改变U型肋数量和间距的夹层桥面板计算模型,采取相同的边界条件,施加相同的荷载,以比较两种结构桥面板的总体受力性能。结果表明：当采取相同的构造尺寸时,夹层桥面板的刚度和承载力与普通正交异性钢桥面板相比得到了很大的提高;当两种桥面板获得的总体受力性能接近时,夹层桥面板可以大大减少加劲肋的数量。     

夹层桥面板的有限元分析

分别建立相同构造尺寸的普通正交异性钢桥面板和夹层桥面板有限元计算模型,并另外建立三种改变U型肋数量和间距的夹层桥面板计算模型,采取相同的边界条件,施加相同的荷载,以比较两种结构桥面板的总体受力性能.结果表明:当采取相同的构造尺寸时,夹层桥面板的刚度和承载力与普通正交异性钢桥面板相比得到了很大的提高;当两种桥面板获得的总体受力性能接近时,夹层桥面板可以大大减少加劲肋的数量.     

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.     

Analysis of Common Fatigue Details in Steel Truss Structures

Generally, the number of fatigue cycles, the range of the repeated stresses, and the type of the structural details are the key factors affecting fatigue in large-scale welded structures. Seven types of structure details were tested using a 2000-kN hydraulic-pressure-servo fatigue machine to imitate fatigue behavior in modern steel-truss-structures fabricated using thicker welded steel plates and integral joint technology.The details included longitudinal edge welds, welded attachment affecting detail, integral joint, and weld repairs on plate edges. The fatigue damage locations show that the stress (normal or shear), the shape, and the location of the weld start and end points are three major factors reducing the fatigue strength. The test results can be used for similar large structures.     

基于热点应力法的焊接结构疲劳评估

针对传统名义应力整体法在焊接板结构疲劳分析应用中的实际困难,介绍和分析了应用于海洋结构工程领域的基于表面外推的热点应力法.通过对焊接样件在不同应力水平下的疲劳试验,获取了焊接样件在97.7%可靠度下的疲劳寿命.采用热点应力法计算样件焊趾处热点应力值,提出考虑主板厚度效应的修正S-N曲线,并预测了样件的疲劳寿命.结果表明:板厚修正后的热点应力S-N曲线应用于薄板焊接结构疲劳寿命评估具有更高的精度和可靠性.以轨道车辆用焊接天线梁为例,采用该方法分析了焊缝处的热点应力,其最大应力发生位置与线路运用中出现裂纹位置相吻合,其计算寿命为7.1×10~5次,与实际运营结果基本一致.为平板焊接接头的抗疲劳设计提供参考.     

超高性能混凝土铺层提升钢桥面板疲劳性能试验研究

为明确超高性能混凝土(UHPC)铺层对钢桥面板疲劳性能的定量提升效果,考虑单轮和双轮两种加载模式,对正交异性钢桥面板典型的U肋-盖板-横隔板焊接节点在UHPC铺装前后的疲劳性能开展试验研究.首先基于静载试验得到焊接节点关键区域的热点应力分布,随后开展高周常幅疲劳试验,得到节点试件的疲劳裂纹萌生及扩展过程、疲劳破坏模式、...     

润扬大桥南汊悬索桥桥面铺装在竖向荷载静力作用下的力学分析

介绍了一种整体局部模型的分析方法对钢桥面铺装进行力学研究,即分别建立整桥、局部梁段、正交异性板桥面铺装的三维有限元模型,通过边界条件的设置,将整桥力学分析的结果移植到正交异性板桥面铺装模型中.研究结果表明,考虑悬索桥桥型特点计算的铺装层最大纵向拉应力比以往局部模型的计算结果大12.6%左右,这是由于悬索桥主梁和桥面铺装活载挠度大于一般连续梁桥的结构特点所致.桥面铺装力学分析方法能较为准确地反映桥面铺装在整桥力学环境下的受力特点.