大跨径公路钢斜拉桥索梁锚固区疲劳试验荷载研究

针对我国公路桥梁设计规范暂无疲劳荷载规定的情况．参考国外规范和研究成果,根据疲劳积累损伤理论．以苏通大桥索梁锚固区疲劳试验荷载的确定为例．对公路桥梁疲劳荷载的确定方法和原则进行了研究,并给出了具体的推算方法。     

公路钢斜拉桥索梁锚固结构疲劳荷载的确定

针对我国公路桥梁设计规范暂无疲劳荷载规定的情况，在国内一些城市和国道路段车辆荷载统计资料的基础上，参照苏通大桥工可交通量的预测和公路工程技术标准，利用国外规范和疲劳累积损伤理论，对索梁锚固结构疲劳试验荷载的确定方法和原则进行了研究。     

公路桥梁标准疲劳车辆荷载研究

为推导我国公路桥梁疲劳设计荷载标准,根据我国现有高速公路交通车辆荷载的调研数据,以等损伤度为理论基准,得出适用于不同地区的公路疲劳车辆荷载典型车式样,以上述疲劳典型车辆为蓝本,建立典型跨径的公路桥梁疲劳验算模型,进行构件疲劳损伤度计算,确定相应的公路桥梁疲劳车辆荷载标准车式样及对应跨径(或影响线长度)的纵向修正系数,由此构成完整的公路桥梁标准疲劳车辆荷载谱.这一结论为疲劳设计提供了标准车辆荷载谱,填补我国公路桥梁疲劳设计的空白.     

公轨两用桥钢混结合段的疲劳荷载参数研究

介绍菜园坝大桥钢混结合段轨道交通疲劳荷载参数确定方法。该方法基于轻轨车辆相遇符合正态分布的假设,采用雨流计数法统计出轨道交通造成钢混接头结构的疲劳内力幅值,然后按照Miner线性累积损伤准则等效成便于试验研究的等幅疲劳荷载。该方法可为同类桥梁设计和研究提供参考。     

公轨两用钢桁桥轨道横梁与整体节点连接头的疲劳荷载

为评定公轨两用钢桁桥下层轨道横梁与焊接整体节点连接头在交通荷载作用下的疲劳损伤累积，对该细节在桥梁设计寿命内车辆荷载所产生的疲劳荷栽谱的计算方法进行了研究。在对桥梁的车辆荷载进行分析的基础上，参照各国相关规范，建立了代表桥梁设计寿命内真实运营状况的疲劳荷载模型，并通过全桥三雏有限元分析模拟计算该连接细节所承受的荷载历程。依据疲劳损伤累积理论，确定了公轨两用钢桁桥轨道横梁与整体节点连接头验证性疲劳试验的试验荷栽。结果表明：该连接细节的疲劳损伤荷载基本不受上层汽车的影响，主要取决于轻轨，可以通过直接将轻轨计算结果乘以一定的提高系数得出。     

公路钢桥疲劳标准荷载推导方法研究

基于中国公路交通的特点,从交通荷载的调查,典型车辆频值谱的确定,标准疲劳车模型的确定以及标准疲劳车模型的纵、横向修正等几个方面全面阐述了公路钢桥疲劳设计标准荷载的确定过程。并以东北某省为例,给出了汽车荷载的调查统计结果、标准疲劳车的推导结果以及多车效应的纵向修正结果等。这一结论为疲劳设计提供了标准车辆荷载模型,填补了中国公路钢桥疲劳设计中的空白,也为公路钢桥的运营管理和养护维修提供了有力的参考依据,对提高桥梁的耐久性具有现实的指导意义。     

公路钢桥疲劳荷载研究

介绍了国外公路桥梁荷载谱以及我国各省标准疲劳车的推导过程。通过对简支梁影响线按照各个规范规定的荷载谱加载计算得到等效弯矩,并对其进行内力幅的比较分析,为桥梁疲劳设计时荷载选用提供理论基础。发现对于影响线较短的小跨径桥梁而言,轴重的变异系数比车重的变异系数更大;而对于影响线较长的大跨度桥梁而言,车重的变异系数比轴重的变异系数大。为了更进一步证实理论研究的合理性,通过一个工程实例,进行了各国标准疲劳车的比较分析。结合理论和实例的结论,最终确定了适合我国交通荷载的标准疲劳车。并且通过与英国BS5400规范规定的标准疲劳车所做的损伤度比较,表明我国推导出来的标准疲劳车是适合我国国情的,可为今后的桥梁疲劳设计奠定理论基础,具有现实的指导意义。     

基于疲劳寿命的钢筋混凝土桥梁限载取值分析方法

为了确定钢筋混凝土桥梁限载的合理取值,针对钢筋混凝土桥梁的疲劳性能,考虑随机车流参数、超限车违规率等因素的影响,进行了基于疲劳寿命的桥梁限载取值分析方法研究,提出了一种基于S-N曲线和Palmgren-Miner线性累积损伤理论的桥梁限载取值分析方法。首先基于交通荷载资料和蒙特卡罗法进行随机车流模拟,根据桥梁限载试算值和超限车违规率剔除超限车得到修正的模拟随机车流;然后通过雨流计数法得到应力幅谱,根据S-N曲线和疲劳损伤准则计算桥梁疲劳寿命;最后取能使桥梁疲劳寿命达到期望值的限载试算值作为桥梁限载值。以某地区的交通荷载资料及跨径为20m的简支T梁桥为例,确定了在不同日均交通量和超限车违规率下能使桥梁疲劳寿命达到期望使用年限的桥梁限载值。研究结果表明:日均交通量和超限车违规率均显著影响桥梁的疲劳寿命及桥梁限载取值,日均交通量越大,桥梁的疲劳寿命越短;当日均交通量小于6 000veh时,在不同的桥梁限载值下桥梁的疲劳寿命均大于期望使用年限,当日均交通量大于8 000veh时,桥梁的疲劳寿命仅在特定桥梁限载值下才能达到期望使用年限;超限车违规率越大,通过调整桥梁限载值来提高桥梁疲劳寿命的效果越不明显,当超限车违规率较小时,桥梁的疲劳寿命随限载试算值的减小而大幅增长,当超限车违规率较大时,桥梁的疲劳寿命随桥梁限载试算值的减小,增幅并不明显。     

基于美国规范的桥梁疲劳设计优化及应用

为了更准确地考虑路面不平整度变化引起的车辆荷载动力效应对桥梁构件疲劳累积损伤的影响,首先研究了钢桥路面不平整度在假定的车辆和环境荷载条件下的劣化过程,得到路面不平整度从一个等级退化到另一个等级过程中通过的车辆数量;然后,分别建立桥梁和车辆的三维模型,根据车辆和桥梁接触点位移和作用力的关系构建车-桥耦合振动方程,并利用模态叠加技术和4阶龙格库塔方法在时域内对其进行求解。通过数值计算研究了根据美国AASHTO桥梁规范设计的5座不同跨径Ⅰ-型简支钢梁桥的主梁在不同路面不平整度下每辆车通过时承受的应力幅冲击系数和等效应力幅度个数。最后,通过考虑路面劣化过程中过往车辆对桥梁构件疲劳累积损伤的影响,对AASHTO规范中疲劳动力冲击系数和应力幅个数这2个直接影响桥梁疲劳寿命的参数进行了优化设计,并探讨了如何借鉴此优化方法来完善中国钢结构桥梁构件的疲劳设计和评估。结果表明:美国AASHTO规范里规定的疲劳冲击系数0.15适用于跨径大于23m的桥梁,而对短跨桥梁而言,需要采用更大的疲劳冲击系数;当桥梁跨径大于23m时,每辆车通过桥梁时主梁承受的应力幅个数设计值可取1,小于23m时可根据所提出的应力幅个数设计公式计算确定。该优化方法可用来完善中国钢结构桥梁构件的疲劳设计和评估。     

云南省公路桥梁疲劳荷载车辆模型研究

公路桥梁活载是桥梁疲劳失效的主要影响因素,而公路桥梁承受活载情况极其复杂,要制定普遍意义上的疲劳荷载谱,必须选取典型路段进行交通量调查,经过统计分析得到实测的车辆荷载频值谱。根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云南省公路桥梁疲劳荷载车辆模型。研究结果表明造成云南省内公路桥梁疲劳累积损伤的主要车辆为两轴的大型客车及货车,研究结果可供云南省公路桥梁疲劳损伤验算或疲劳设计时参考。     

现代公路钢桥典型细节疲劳问题分析

疲劳是导致钢桥使用寿命缩短的主要因素之一,在设计、制造、架设及后期维护中需特别注意钢桥构造细节的疲劳问题.在对疲劳荷载谱、疲劳损伤累积理论和焊接钢桥疲劳薄弱部位等分析的基础上,总结了焊接钢桥疲劳分析中需注意的一些问题.结合近些年来我国大跨径公路钢桥的建造情况,根据对部分关键构造细节所进行的疲劳试验结果,分析了几种新型结构型式和制造工艺中所存在的疲劳问题.最后总结了防止钢桥疲劳破坏的方法,指出了目前我国钢桥疲劳研究中存在的一些问题.这对有效防止钢桥疲劳破坏事故的发生,提高我国钢桥的设计和制造水平具有重要的意义.     

钢筋混凝土桥面板疲劳数值分析方法

为了模拟车辆荷载作用下桥面板的疲劳损伤退化过程,提出了针对公路钢筋混凝土桥面板疲劳失效过程的数值分析方法。首先在各国相关试验与研究的基础上,通过编制合理的荷载谱,将复杂的车辆荷载进行简化等效;然后提出了高周循环荷载下受弯构件中钢筋与混凝土材料的疲劳本构关系,基于ABAQUS软件对一试验板建模分析,验证了疲劳本构关系的正确性;最后,对某实际钢筋混凝土桥面板进行疲劳数值分析与疲劳寿命预测。结果表明：该桥面板的抗疲劳寿命满足要求;所建立的材料疲劳本构关系能够有效模拟钢筋和混凝土在循环加载过程中力学性能的衰减规律。     

动荷载作用下钢结构涂装的累积损伤机理与量化模型

为研究动荷载作用下公路钢桥涂装层与基体间的协同变形和破坏机制,开发了钢结构涂装层试件的动荷载试验系统,研究了疲劳荷载作用下涂层的破坏模式、附着力、弹性厚度、应变等随循环加载次数的发展规律。结合涂层破坏模式和发展规律,构建了涂层疲劳累积损伤度的计算模型,提出了基于损伤度的涂层破坏分级方法,并结合试验结果进行了验证。结果表明:疲劳荷载将引起涂层的附着力下降、弹性厚度降低和应变松弛,进而导致涂层出现附着破坏、内聚破坏及其组合。涂层附着损伤度是涂层损伤的主要因素,且随加载次数持续增大,当加载次数较大时内聚损伤贡献突出。试验涂装体系在22万次应力循环后附着损伤度最大为0.34,内聚损伤度最大为0.27,总损伤度达0.61,属于严重损伤。提出的损伤度模型及破坏分级方法与试验规律吻合良好,可应用于公路钢桥涂装层受动荷载作用下的寿命预测。     

重载交通作用下某斜拉桥疲劳损伤研究

该文以某公铁两用斜拉桥为背景,引入基于热点应力的S-N曲线,对重载交通作用下考虑公铁联合作用的结构疲劳损伤进行了研究。文中通过交通量调查获得共35个交通量样本数据,根据等效损伤原理得到典型疲劳车型和车辆荷载谱,应用Monte-Carlo方法和Miner线性损伤准则计算了典型构造细节的损伤度;为研究重载交通的影响,考虑了各疲劳车型超载一定比例和仅某种车型超载两种情况,探讨了重载交通对结构构件损伤的影响。研究结果表明,按目前的交通状况预测,大桥疲劳寿命满足设计要求,随超载车数量占总交通量比例的增加,构件疲劳损伤度迅速增长,相比其它车型,5轴以上车辆超载时损伤度有了明显的增加。     

New methodology for determination of load spectra for the vehicle accelerated durability testing associated with the time correlated fatigue damage analysis method

The generation of valid and effective test spectra from proving ground recorded load spectra is critical for automotive durability testing. Traditional methods mostly based on spectrum damage were used to select load spectra. Statistical characteristics of load spectra were taken into account, and a new load spectra determination method based on a concatenation of a multi-section minimum standard deviation spectrum (CMSD) was proposed. The CMSD spectra were created and based on proving ground recorded load spectra. Fatigue damage analyses showed that the CMSD spectra approximated the mean damage spectra and were representative of proving ground load spectra. Subsequently, the CMSD spectra were edited by applying the time correlated fatigue damage (TCFD) analysis method to generate accelerated loading spectra. The spectra editing process of the TCFD was discussed in detail. Validation of the accelerated spectra was conducted from amplitude and frequency domains. The same fatigue damage and identical spectrum properties were retained in the accelerated spectra. A vehicle 4-post testing was finally conducted where the accelerated loading spectra were applied as the target spectra. Several fatigue fracture phenomena occurred during our test, which showed good agreement with the field test. Therefore, the load spectra determination method CMSD associated with the load spectra editing method TCFD were demonstrated reasonable and practical.     

泰州长江大桥钢塔疲劳计算随机车辆荷载模拟

通过对江阴长江大桥实际行驶车辆的概率统计分析,采用分段多项式曲线拟合方法得到了货车和客车的随机车重概率近似表达式。通过泊松方法建立车辆随机间距的数学模型,将采用数学模型的计算结果与实际观测数据进行了对比分析,表明了建立的数学模型的有效性。基于以上的数学模型和随机过程理论,建立了泰州长江公路大桥钢塔疲劳计算随机车辆荷载模型,以便能够更好的重现公路桥梁实际车辆的统计特性。     

Fatigue features extraction of road load time data using the S-transform

This paper presents the algorithm development of a new fatigue data editing technique using S-T approach. In general, the S-transform (S-T) is a time-frequency spectral localization method which performs a multi-resolution analysis on signal. This method represents a better time-frequency resolution especially for non-stationary signal analysis. This technique was developed to produce shortened fatigue data for fatigue durability testing. The S-T method was applied to detect the damaging events contained in the fatigue signals due to high S-T spectrum location. The damaging events were extracted from an original fatigue signal to produce the shortened edited signal which has equivalent fatigue damage. Three types of road load fatigue data were used for simulation purpose, pave track, highway and country road. In this study, an algorithm was developed, to detect the damaging events in the original fatigue signal. The algorithm can be used to extract the fatigue damaging events and these events were combined in order to produce a new edited signal which neglect the low amplitude cycles. The edited signal consists of the majority of the original fatigue damage in the shortened signal with 15–25% time reduction. Thus, it has been suggested that this shortened signal can then be used in the laboratory fatigue testing for the purpose of accelerated fatigue testing.     

沥青路面抗疲劳断裂半刚性基层强度标准研究

为确保水泥稳定碎石（CSG）基层在交通荷载反复作用的情况下不出现疲劳开裂，提出了基于结构与材料一体化控制的CSG材料强度标准的确定方法；研究了CSG基层的力学特性和疲劳特性，建立了力学强度增长模型、力学指标间的关系模型和疲劳方程；推荐了四川省典型沥青路面抗疲劳断裂的CSG基层强度标准。研究发现:CSG的各项强度指标都随养生龄期呈非线性增长，采用骨架密实结构有利于提高CSG的力学强度。提出的力学强度增长方程可以准确预估不同龄期CSG的力学强度；提出了控制疲劳开裂的CSG基层7天无侧限抗压强度标准与7天劈裂强度标准的确定方法，该方法能实现结构与材料一体化设计，可进一步提升CSG基层的疲劳寿命。