Q500qE高强钢压杆稳定研究

Q500qE高强钢目前已经在一些大跨度钢桥中被采用,然而我国钢桥设计规范中并未给出关于Q500qE高强钢压杆稳定的设计要求。我国现行TB 10002.2—2005《铁路桥梁钢结构设计规范》中受压杆件设计是按容许应力法,考虑长细比、钢材级别、截面类型、残余应力等因素的影响以稳定系数进行承载力折减。基于这些影响因素,对Q500q E高强钢的稳定进行了系统的数值研究,并与各国规范进行了对比。     

沪通长江大桥Q500qE钢的适用性研究

为满足世界上跨度最大的公铁两用斜拉桥——沪通长江大桥的建造要求,从母材基本性能、工厂制造性能和设计参数3个方面研究Q500qE钢的拉伸、低温韧性和防断性能,切割、焊接和热矫形加工性能,以及结构安全储备、疲劳抗力和压杆稳定折减系数。结果表明:Q500qE钢在具有高屈服强度的同时还具有良好的塑性;16和32mm厚的Q500qE钢板在11~-50℃的环境温度下具有良好的防断能力,44和60 mm厚的Q500qE钢板在低于-40℃时低温防断性能有所降低;Q500qE钢的焰切和焊接工艺性良好,对接焊缝、熔透角焊缝、坡口角焊缝和T形角焊缝的表观和内部质量均能达到质量要求;Q500qE钢的焊接矫形温度不应超过750℃,而且在屈强比不大于0.86时具有与普通钢材相当的安全储备;Q500qE钢结构的疲劳设计可采用现有规范中的疲劳抗力设计指标。基于各国相关规范的研究思路和有限元计算结果给出了Q500qE钢压杆稳定折减系数的推荐值。     

高性能桥梁用钢系列新钢种的性能分析

对采用超低碳贝氏体钢工艺路线研制的4种新一代高性能桥梁用钢Q345qE (NH),Q420qE(NH),Q500qE (NH)和Q690qE (NH)的力学性能、耐腐蚀性能、屈强比控制和焊接性能进行测试和分析.结果表明:这4种高性能桥梁用钢的强度都达到了GB/T 714-2008《桥梁用结构钢》的相关要求,且具有良好的低温韧性和塑性;采用TMCP工艺生产的Q345qE (NH),Q420qE (NH)和Q500qE (NH)钢厚板的屈强比均低于0.85,具有理想的低屈强比;采用TMCP+回火工艺生产的Q690qE (NH)及Q500qE (NH)钢厚板的屈强比明显提高;Q345qE (NH),Q420qE (NH)和Q500qE (NH)钢的耐腐蚀指数分别为6.105,6.233和6.604,均大于6.0,可以裸露使用;32mm厚Q420qE (NH)钢厚板的韧脆转变温度在-120℃以下,远远低于国内环境温度,其屈强比对国内使用环境下高性能桥梁用钢的韧性没有影响;这4种高性能桥梁用钢具有非常良好的焊接性能,易于施焊,接头和热影响区性能完全满足设计要求.     

Q500qE高性能钢工型梁极限承载力研究

为评估Q500qE高性能钢梁的塑性水平和安全储备,设计Q500qE高性能钢和Q345qD普通低合金钢全尺寸试验工型梁,通过模型试验和有限元分析方法进行极限承载力研究.结果表明:Q500qE高性能钢梁有较好的塑性,不会因为屈强比大而发生脆性破坏;Q500qE与Q345qD工型梁的荷载一位移曲线以及塑性发展过程类似,均没有出现明显的屈服平台;两者不同塑性发展阶段作用荷载与材料的名义屈服倚载的比值基本相等,说明Q500qE高性能钢梁有与Q345qD钢梁基本相同的安全储备.试验梁加载过程各关键作用荷载对应的挠度有限元计算结果与试验值基本一致,误差较小,表明本文有限元分析中选用的多线性随动强化模型模拟高性能钢的本构关系是合理的.     

铁路钢桥钢材容许应力取值探讨

目前我国铁路钢桥设计采用的是容许应力法,钢材的容许应力取值是设计中需要重点关注的问题。对钢材的基本容许应力需要根据板厚、稳定等考虑相应的容许应力折减,而对不同的荷载工况出现的几率又可以考虑相应的容许应力提高。在铁路钢桥的具体设计中如何合理的取用钢材的容许应力折减和提高系数,不仅关系到结构的安全,同时对钢桥设计的经济性也有较大影响,文中对现行铁路钢桥设计规范中钢材容许应力的折减和提高系数提出几点建议供探讨,为以后铁路钢桥的设计提供参考。     

京沪高铁南京大胜关长江大桥(二)

创新之二:Q420q新一代的桥梁结构钢 大胜关长江大桥上部结构总荷载近100吨/米,致使最大杆件轴力高达10000吨,而且采用悬臂施工的钢桁拱结构内力变化大,各部位的受力也不均匀.由于铁路大跨度钢桥通常受材料及其使用条件等因素的限制,最大构件设计承载轴力在5500吨量级(芜湖长江大桥),对于设计轴力最大的钢桁拱拱肋而言,即使截面宽度增加到1400毫米、截面高度增加到1820毫米且采用箱型多肋截面来增加其承压面积,仍然有约15％的构件需要采用较Q370qE更高强度等级的钢材. 这就需要研制生产一种新的高强桥梁结构钢材.     

关于钢桥疲劳设计的应力脉准则

本文对钢桥疲劳设计的应力脉准则的基本概念、原理和计算方法作了简明扼要的介绍,深入分析讨论了焊接结构疲劳发生的机理,并指出了座力脉准则的重要特点及其意义,进而就如何改进我国现行铁路和公路钢桥疲劳设计规范问题,提出了建议。     

高速铁路钢桥的低温脆性断裂评估

基于断裂力学理论,提出采用损伤容限法的高速铁路钢桥低温脆性断裂评估方法。采用Euoro-code3确定正交异性板钢桥面的有效宽度和等效疲劳应力幅,应用断裂力学的Paris公式计算疲劳裂纹扩展速率,按照同时考虑脆性断裂和塑性屈服断裂影响的R6破坏模式确定设计应力强度因子,根据裂纹的长度、冲击功和转变温度确定含裂纹钢板在不同温度下的断裂韧性,并考虑板厚对冲击功的影响,桥梁结构中焊接残余应力、列车速度、钢板弯曲成型等因素对钢桥低温脆性断裂的影响。该方法适用于无试验条件确定含裂纹钢板低温断裂韧性情况下的低温脆性断裂评估,也可用于钢桥的疲劳强度降低程度、使用寿命内检查次数和焊缝修补次数的确定。应用此方法对欧洲某高铁钢桥的钢横梁下翼缘进行-40℃条件下的低温脆性断裂评估结果表明,当列车速度大于150km.h-1且钢横梁、钢吊杆等局部构件活载应力在70MPa以上时,等效降温已经达到-5℃以上,此时必须考虑列车速度对其脆性断裂的影响,而对应变速率小于0.002 5s-1的构件可以不考虑列车速度对脆性断裂的影响。     

永定河大桥主桥钢箱梁高腹板稳定性研究

国内钢结构桥梁逐步向大跨、满足景观要求等方向发展。钢箱梁作为桥面荷载的主受力结构,针对其腹板稳定性验算问题,国内外各规范给出的设计方法不尽相同,尤其是对于高腹板稳定性问题,规范适用范围尚需深入探讨。本文以长安街西延永定河特大桥主桥钢箱梁腹板为研究对象,综合我国GB 50017—2003《钢结构设计规范》、日本钢桥规范等主流设计规范中给出的加劲肋构造和稳定性验算要求,对比分析了单侧横肋和双侧横肋2种设计方案,并利用有限元分析方法,在充分考虑焊接残余应力和初始缺陷影响的情况下,进行第2类稳定非线性屈曲分析。结果表明该桥的腹板稳定性满足设计使用要求。     

Q345qD桥梁钢疲劳裂纹扩展速率试验研究

为采用线弹性断裂力学方法对既有铁路钢桥进行疲劳评估,利用紧凑拉伸试样、基于柔度法的测量手段,对6.1,10.0和23.5mm厚的我国应用最广泛的Q345qD桥梁钢进行疲劳裂纹扩展速率试验,分别采用单试件数据点和成组(相同材料、厚度和应力比)数据点拟合,得到不同厚度、不同应力比下试件的疲劳裂纹扩展速率参数。试验结果表明:在通常的应力强度因子幅值范围(10~70 MPa·m1/2)内,基于单试件数据点拟合参数得到的疲劳裂纹扩展速率明显高于基于成组数据点拟合参数得到的裂纹扩展速率;Q345qD桥梁钢的疲劳裂纹扩展速率随应力比增加而增加,当应力比从0.1增加到0.5时,本批次钢材的疲劳裂纹扩展速率增幅为7%~25%,但随板厚增加的变化并不显著;本批次Q345qD桥梁钢的疲劳裂纹扩展性能优于HPS485W和14MnNbq桥梁钢及BS7910标准中给出的通用钢材疲劳裂纹扩展性能。     

跨铁路组合梁斜拉桥施工过程安全性研究

为了研究大跨度组合梁斜拉桥施工过程中跨越铁路时的安全性,对该桥13#梁段的施工相关技术进行了研究。对主梁单元的安装方式采用切线法,着重研究了大桥的整体稳定性,大桥构件的安全性以及钢主梁连接处高强螺栓安全性。跨越铁路施工计算结果表明:第二类稳定安全系数最小值为2.86,满足稳定性要求;主塔最大压应力为8.0 MPa,钢主梁最大压应力为120.6 MPa,最大拉应力为38.6MPa,均满足规范要求;高强螺栓的最大剪力为163.1 kN,小于强度设计值。分析结果表明该桥跨越铁路时的施工过程是安全的。     

铁路钢桥疲劳研究进展北大核心

近年来,我国铁路的运输格局发生了较大变化:一方面,建成了大量的高速铁路,铁路钢桥跨度不断增大,同时出现了大量新型构造细节;另一方面,既有铁路将逐步以货运为主,钢桥面临着轴重增加和运量增大的挑战。此外,我国将新建轴重30 t级专用重载铁路,在轴重显著增加的情况下,钢桥构造细节的疲劳问题也更为严峻。疲劳一直是钢桥研究领域中一项重要的课题,在新的运输形势下,新型构造细节的疲劳设计以及既有钢桥的疲劳评估,均成为目前铁路钢桥研究中需要更加重视的课题之一。本文从铁路钢桥疲劳设计方法、设计荷载、性能试验和寿命评估等角度出发,对铁路钢桥疲劳研究现状进行了分析,提出了需要进一步研究的关键技术问题。     

国内外铁路桥梁规范抗疲劳设计方法分析

回顾中国铁路钢桥设计规范的抗疲劳设计方法,阐述英国BS5400规范和欧洲规范Eurocode3的抗疲劳设计条文,分析比较这些规范抗疲劳设计方法。英国规范和欧洲规范采用了无限疲劳寿命方法和有限疲劳寿命相结合的方法,中国铁路桥规使用的是无限疲劳寿命方法,各国规范均不同程度地使用了概率的方法来处理影响结构疲劳的因素。在特殊结构细节分类和构造细节热点名义应力的计算方法上,英国BS5400及欧洲规范都进行了详细的规定,并且对于剪应力疲劳在欧洲规范中有了较为详尽的计算方法。     

铁路钢桥结构疲劳极限状态设计方法研究

研究目的:结合目前已经形成的城际轨道、高速铁路、客货共线、货运专线四种运输格局,计算调整铁路钢桥疲劳设计的相关参数,修正《铁路桥涵设计规范(极限状态设计法)》(2011年版)送审稿中疲劳设计相关条文,制订新形势下铁路钢桥的疲劳极限状态设计方法。研究结论:(1)采用计算机空间刚接计算得到的应力可以直接应用于疲劳设计,不需要采用构造系数进行修正,解决了目前设计人员面临的空间计算结果无法用于疲劳设计的难题;(2)通过大量调研、实测和计算,制定了新运输形势下的典型疲劳列车、桥梁疲劳荷载谱,使得疲劳设计紧密跟进目前的运输新形势;(3)研究得出了疲劳设计分项系数,确定了城际轨道、高速铁路和货运专线的疲劳承载能力极限状态设计方法,填补了城际轨道、高速铁路和货运专线疲劳设计的空白;(4)依据新形势下的疲劳设计方法对典型的钢桥进行了试设计,试设计结果表明:新形势下的疲劳设计方法的储备与现行容许应力疲劳设计方法相比略微有所提高;(5)研究成果将纳入《铁路桥涵设计规范(极限状态设计法)》,可以直接用于今后新建桥梁的设计,同时也可为既有桥梁的疲劳评估提供参考。     

钢混组合梁剪力连接件的计算方法研究

研究目的:钢混组合梁的剪力连接件对于钢梁与混凝土桥面板的协同工作起到了关键性的作用,使得钢与混凝土能够充分发挥各自的材料特性。由于公路桥梁规范中没有针对钢混组合梁剪力连接件的计算规定,其他现有规范、论著或国家标准中对钢混组合梁剪力连接件的计算又各有不同,因此有必要对公路钢混组合梁桥剪力连接件的计算方法展开探讨。研究结论:针对多种规范、论著对比分析了栓钉剪力连接件的承载力计算,并得出结论:(1)《钢结构设计规范》与《EC4》计算方法相似,未考虑疲劳、裂缝等,为最低配置数量;(2)《钢桥》(小西一郎)中的计算公式结果较为保守,但能更好的控制栓钉的疲劳、界面滑移等问题,有更好的耐久性;(3)《现代钢桥》(吴冲)与《钢桥》计算公式完全一致;(4)《铁路钢-混凝土结合梁设计规范》参照了《EC4》;(5)《钢-混凝土组合桥梁设计规范》类似《钢规》,分别考虑了栓钉剪断破坏及混凝土压碎破坏的两种情况,并考虑了群钉效应;(6)本研究可对钢混组合梁的剪力件设计提供一定的参考。     

铁路钢桥疲劳研究进展

近年来,我国铁路的运输格局发生了较大变化:一方面,建成了大量的高速铁路,铁路钢桥跨度不断增大,同时出现了大量新型构造细节;另一方面,既有铁路将逐步以货运为主,钢桥面临着轴重增加和运量增大的挑战。此外,我国将新建轴重30 t级专用重载铁路,在轴重显著增加的情况下,钢桥构造细节的疲劳问题也更为严峻。疲劳一直是钢桥研究领域中一项重要的课题,在新的运输形势下,新型构造细节的疲劳设计以及既有钢桥的疲劳评估,均成为目前铁路钢桥研究中需要更加重视的课题之一。本文从铁路钢桥疲劳设计方法、设计荷载、性能试验和寿命评估等角度出发,对铁路钢桥疲劳研究现状进行了分析,提出了需要进一步研究的关键技术问题。     

Q345qD桥梁钢对接焊缝疲劳裂纹扩展性能试验研究

为采用断裂力学方法对既有钢桥焊接细节进行疲劳评估,对6.1,10.0和23.5 mm的Q345q D桥梁钢对接焊缝进行疲劳裂纹扩展速率试验和疲劳裂纹扩展门槛值测定试验,基于两种数据处理方法得到了不同厚度、不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率参数。试验结果表明:在通常的应力强度因子幅值范围(10~70 MPa·m0.5)内,基于单试件数据点的处理结果对应的裂纹扩展速率明显高于基于成组数据点的处理结果;Q345q D对接焊缝的疲劳裂纹扩展速率随应力比增加而增加;本批次的Q345q D对接焊缝的疲劳裂纹扩展性能优于BS7910中给出的通用钢材疲劳裂纹扩展性能;Q345q D对接焊缝疲劳扩展门槛值随应力比增加而降低,并给出了门槛值随应力比变化的公式。     

大跨度铁路钢桥疲劳计算方法及关键参数

疲劳问题是钢桥设计中需要重点关注的问题.对日本、欧洲和我国铁路钢桥疲劳计算方法及相关参数进行了调研分析,明确了各国铁路钢桥在疲劳计算方法和相关参数选择方面的异同.以我国一座千米级跨度铁路钢桁梁悬索桥为例,对其加劲梁杆件的疲劳受力特征、恒活载比及应力比进行了计算分析.研究结果表明:部分杆件在单线和双线荷载作用下疲劳受力特...     

商合杭高铁芜湖长江公铁大桥总体设计

商合杭高铁芜湖长江公铁大桥为主跨588 m的非对称矮塔斜拉桥,大桥具有跨度大、荷载大、主塔矮等技术特点。研究采用强箱弱桁组合结构主梁、2 000 MPa高强度平行钢丝斜拉索、Q500qE高强钢材等新技术和新材料,解决塔矮、索平结构体系受力不合理的技术难题。研究并成功应用大型设置沉井基础,解决深水裸岩基施工困难的问题,开拓新型深水基础。从大桥的建设条件、总体布置、桥型方案、力学特征、技术创新等方面详细论述大桥的总体设计,为多功能合建桥梁设计提供借鉴。     

城市轨道交通车辆高强钢焊接用焊丝的选择

城市轨道交通车辆的车体结构根据强度需求局部采用高强钢材质。为保证高强钢材质的焊接质量,以某出口车辆所采用的Q690D高强钢为例,阐述了该高强钢焊接用焊丝的选择与确定方式,以及焊接工艺评定试验的内容和要求。