应力谱软件编制及其在数据分析中的应用

应力谱监测是桥梁结构安全监测系统中一个部分,在数据分析中有重要作用。在应力谱的编制中,作为主要部分的雨流计数法由于比较符合疲劳损伤规律,目前应用较广泛,但尚未在桥梁结构健康监测系统的在线数据分析工作中得到应用。为此,该文根据雨流法的原理和改进算法,编写了应变时程的雨流计数程序,并将润扬大桥结构安全监测系统输出的应变时程数据进行在线计算,得到了桥梁相关构件的应力谱,为系统数据分析工作提供了重要依据。新开发的软件作为润扬大桥结构安全监测系统的一部分,能够对系统在交通等随机荷载下实时采集的应变时程数据进行分析,并由获得的应力谱得到润扬大桥相关构件的应力状况。     

多跨系杆拱桥吊杆疲劳性能研究

以某三跨系杆拱桥为例,提出了一种拱桥吊杆的疲劳分析方法.对桥梁结构建立有限元模型求得各吊杆的索力影响线.依据交通量调查和交通量各参数的统计资料,将车辆概括为几种典型车型并计算其各参数的概率密度函数.基于蒙特卡罗方法模拟产生了通过桥梁的双向多车道车流作为疲劳荷载.针对典型吊杆的影响线加载模拟车流,得到杆件应力历程,用雨流法统计应力历程可以得到应力幅值谱.按照线性累积损伤理论和总交通量预测结果,计算得到各吊杆的在指定时间的累计损伤.     

泰州大桥钢箱梁实测疲劳应力分析

针对泰州大桥钢箱梁开展实桥疲劳应力测试,从纵桥向、横桥向及局部细节3个方面对钢箱梁疲劳受力特征进行测试。基于钢箱梁的实测应变绘制各位置处的应变时程曲线,并利用雨流计数法得到疲劳应力谱。结果表明:若以高应力幅作为疲劳开裂评价标准,则重车道下轮载对应的U肋疲劳损伤较严重,中塔附近钢箱梁顶板与U肋焊缝、弧形缺口构造的应力幅较高,且循环次数较多,需重点关注;钢箱梁不同截面疲劳细节的应力幅峰值较为接近,但各应力幅对应的循环次数存在差异;中塔附近第一根吊杆处截面测点的应力幅峰值较大,为钢箱梁易发生疲劳损伤的主要截面。在当前交通荷载作用下,泰州大桥钢箱梁各部分的疲劳寿命满足设计要求。     

基于原位试验的桥梁施工过程应力修正

针对混凝土桥梁施工过程结构真实应力识别需要,通过现场测试与原位试验,埋设无应力传感器试件,对弦振式传感器测量的混凝土应变增量中的温度与收缩徐变影响进行有效修正,研究有效扣除温度自由应变,混凝土收缩徐变的方法,找出应变增量与混凝土应力应变的关系,形成混凝土桥梁施工过程结构真实应力监测实用方法,指导弦振式传感器现场测量应力修正。     

基于实测应变的江阴长江大桥钢桥面板疲劳寿命评估

基于实测应变,对江阴长江大桥正交异性钢桥面板构造细部疲劳寿命评估进行研究。利用实桥布设的应变传感器获取应变时程数据,处理成应力时程数据后,结合雨流计数法技术,得到"日应力谱"和"标准日应力谱"。利用标准日应力谱数据和相关疲劳规范,研究江阴长江大桥钢箱梁的疲劳寿命等问题。实桥实测数据分析表明,日应力谱和标准日应力谱分布具有相似规律。应变传感器记录的数据量很大,计算机常常由于硬件限制无法对长时间段的数据进行处理。研究表明,在计算实桥钢桥面板构造细节疲劳寿命时,利用"标准日应力谱"方法可较好地解决此问题。     

预应力混凝土梁施工的应力监测与处理方法

在应力监测中若施工方法不同,相应的也应采取不同的应力处理方法,根据河口黄河特大桥和松花江特大桥的应力监测,结合不同施工方法的特点,分别介绍了预制拼装或预制架设施工桥梁的应力增量法和现浇法施工桥梁如何将混凝土的收缩、徐变引起的非受力应变成分从测试结果中分离出来的方法,实测结果表明两种应力处理方法均具有较高的精度,处理结果能反映桥梁结构的实际受力状态.     

车辆荷载作用下钢-混组合桥面系的疲劳损伤

针对钢-混组合桥面系在车辆荷载作用下的疲劳失效特点,以某大跨度钢-混组合桥面系悬索桥为工程背景,建立了钢-混组合桥面系的有限元模型。基于等效疲劳损伤原理,对某长江公路大桥24h实测交通荷载数据进行计算,得到了7类典型车辆荷载模型及其频值谱。将得到的7类典型车辆荷载分别加载到有限元模型中进行计算,提取关注点的应力时程曲线。用MATLAB编制了雨流计数法程序,对应力时程数据进行处理,得到了该关注点的应力幅及循环次数。参照英国BS5400规范,对该点进行了疲劳损伤计算。研究结果表明:该疲劳点在实测车辆荷载谱作用下的应力-时程曲线呈双峰和多峰的分布形式;其最大应力幅较BS5400规范规定的常幅疲劳极限偏大;关注点的疲劳寿命比设计的低,车辆动荷载对该关注点疲劳性能的影响明显,在钢-混组合桥面系抗疲劳设计中应予以考虑。     

大跨桥梁结构健康监测和状态评估研究综述

简要介绍大跨桥梁健康监测系统的发展，并结合润扬长江大桥健康监测系统，介绍了桥梁健康监测系统的组成、监测内容、功能及特点。对几种桥梁结构常用的健康状态评估方法进行了分析比较，最后探讨了健康监测领域今后的主要研究问题和发展方向。     

大跨径钢箱梁斜拉桥静载试验研究

以象山港大桥斜拉桥为背景,通过实桥荷载试验分析,研究斜拉桥在静力荷载作用下结构的应力水平和变形。研究表明,在相当于设计汽车荷载水平的试验荷载作用下,大桥结构处于线弹性工作状态,变形增量与荷载增量呈线性关系;结构总体变形、应力、索力的理论值与实测结果较为接近;钢箱梁应力水平较低,受剪力滞效应、横坡及车轮局部效应等影响,钢箱梁顶、底板应力沿横截面呈纵向不均匀分布,尤其顶板U肋出现集中现象,这在桥梁健康监测中值得关注。     

基于应变监测的预应力混凝土梁桥安全评估

主要探讨了某早期建设的预力混凝土I型梁桥。经过几十年的变化,桥梁已有迈向老劣化的趋势,为确认老劣化对桥梁的影响,利用数值模拟与健康监测数据来确保桥梁是否仍然保持在安全范围内。使用Midas Civil软件进行梁桥建模,并搭配监测资料与荷载试验来做比对。通过数值仿真分析得到的数据与实桥测得数据对比后,将数值模型调校成符合桥梁现状,掌握桥梁结构的应力应变,评估整体桥梁受老劣化影响的程度,并且建立监测管理阈值以便于掌控桥梁未来的安全性。     

基于结构应力的转向架构架焊缝疲劳强度研究

为了解决现行标准中转向架构架焊缝容许疲劳强度数据存在的问题,针对当前的各种结构应力方法和数据,就其在焊缝结构应力测试、容许应力幅、设计值存活率、平均应力修正、焊缝修整疲劳强度提高及极限容许应力确定等方面的关系和差异进行对比,并构建了Q345钢焊缝基于实测结构应力的疲劳图和S-N曲线. 结果表明:转向架构架焊缝结构应力的实测可沿用B12/RP17规定的方法,即采用6 mm长的应变片并将其前端紧靠焊趾边缘布置;建议借鉴IIW (International Institute of Welding) FAT100和FAT90两组基本数据,并应用其平均应力和焊缝修整疲劳强度提高的修正方法,构建更加合理的基于实测结构应力的焊缝容许疲劳强度数据;对于2 × 106次循环数对应的疲劳图,极限容许应力可参考DVS 1612规定的方法,由母材屈服极限除以相应的安全系数确定.      

正交异性钢桥面板焊接接头疲劳评估方法

传统正交异性钢桥面板疲劳性能评价方法评估精度不足,为准确评估其焊接接头的疲劳性能,基于线性累积损伤理论,探讨了结构应力法、切口应力法用于正交异性钢桥面板焊缝疲劳性能评估的可行性和准确性.以典型正交异性钢桥面板为研究对象,采用足尺模型试验和仿真分析,并结合已有试验数据对上述评估方法进行验证.研究结果表明:与结构应力法相比,采用切口应力法或传统名义应力法评价正交异性钢桥面板的疲劳性能时,评价结果的离散性大;采用结构应力法(离散度为3倍标准差的主S-N曲线时)更准确,适用于正交异性钢桥面板焊接接头疲劳性能评估.      

基于网格不敏感结构应力的铝合金焊接接头疲劳性能分析

基于网格不敏感结构应力方法,对3A21、5A06、6061等铝合金焊接接头疲劳性能及影响因素进行研究.结果表明：网格不敏感结构应力方法较传统的名义应力方法,能更好地表征不同接头形式、材料、应力比及厚度等因素对焊接接头的疲劳影响.在应力比相同的情况下,接头板厚越小,疲劳性能越好;相同板厚条件下,应力比越小,疲劳性能越好;5A06铝合金焊接接头的疲劳性能普遍高于3A21铝合金焊接接头,但板厚相差较大时,疲劳性能主要取决于厚度因素的影响;同种材料在板厚及应力比相同的情况下,对接接头疲劳性能最好,十字接头次之,T型接头疲劳性能最差.     

大跨桥梁结构健康监测系统应用现状概述

为了确保结构的安全高效运营,大跨桥梁基本都设置结构健康监测系统。如何对不同历史阶段采集的数据进行有效提取、处理和分析,获得反映大桥结构受力状态的代表性动、静力指纹,并定期对结构的运营安全进行评估,已逐渐成为桥梁工程领域的研究热点。首先论述大跨桥梁结构健康监测系统应用研究的重要性;其次详细介绍国内外大跨桥梁结构健康监测系统的应用现状;最后对当前研究中存在的主要问题进行分析总结。     

正交异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳评价的热点应力法

借助有限元分析和随机车流下构造细节应力现场监测数据获取了某正交异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳细节一定宽度范围内的应力时程, 分析了应力峰值分布; 基于国际焊接学会和挪威船级社推荐的热点应力外插公式评价了横隔板弧形切口疲劳寿命, 研究了适用于横隔板弧形切口热点应力的外插公式。研究结果表明: 在桥面车辆通行下, 横隔板弧形切口响应为压应力, 且应力峰值大; 横隔板弧形切口不仅产生了显著的应力集中, 且应力沿构造细节最小净截面一定范围呈显著的非线性分布; 因应力插值点位于横隔板弧形切口应力分布的非线性区, 采用国际焊接学会和挪威船级社提出的热点应力插值公式得到的热点应力偏大, 评价的疲劳寿命均偏保守; 提出的两点线性外插公式和三点二次外插公式的应力插值点均位于构造细节应力的线性分布区, 且第1个插值点均距横隔板弧形切口自由边1倍横隔板厚度, 依此方法评价的横隔板弧形切口疲劳寿命与实桥该构造细节的开裂寿命较为一致。正交异性钢桥面板横隔板弧形切口的疲劳性能评价若基于热点应力法开展, 可采用疲劳等级FAT90和建议的三点二次外插公式。      

大轴重矿石车车体焊缝疲劳寿命分析

为研究重载货车车体焊缝疲劳寿命,以某大轴重矿石车车体为研究对象,在AAR标准静态载荷的作用下,对货车车体进行静强度分析与评价;在此模型的基础上,依据车体焊接工艺图,创建包括焊缝在内的矿石车车体疲劳寿命分析模型;在AAR标准动态载荷的作用下,应用等效结构应力法研究车体关切焊缝的结构应力分布规律以及疲劳寿命,并对寿命薄弱部位结构进行改进,改进后焊缝寿命明显提高．     

多轴转向架焊接构架焊缝应力集中分析与寿命研究

利用美国ASME-2007标准中的结构应力法和有限元数值分析技术,研究某多轴转向架焊接构架焊缝结构应力分布规律,指出在垂向斜对称载荷工况作用下构架应力集中发生部位;以降低焊缝应力集中为出发点,对焊接构架结构进行改进设计.构架改进结构后焊缝结构应力幅值降低,疲劳寿命显著提高.     

面向长大桥梁结构健康监测物联网的云计算

云计算可以满足长大桥梁结构健康监测海量数据存储管理与专业计算需求,为此提出一种新兴的由第三方专业机构提供服务的结构健康监测云的概念.在总结结构健康监测物联网技术特点的基础上,分析了结构健康监测云计算系统需求,描述了结构健康监测云的系统架构,回顾了相关技术的研究现状并展望应用前景.     

基于声发射技术的钢桥面板疲劳损伤监测与评估

采用多种监测技术融合手段, 对正交异性钢桥面板开展了疲劳损伤监测与评估, 包括足尺正交异性钢桥面板节段模型疲劳试验与某公路斜拉桥正交异性钢桥面板运营阶段的疲劳损伤监测; 在正交异性钢桥面板疲劳试验中, 综合采用了美国物理声学(PAC)声发射(AE)传感器、智能锆钛酸铅压电漆(PZT)传感器和应变片进行了粘贴钢板冷加固前后的疲劳裂纹监测; 对处于运营阶段的斜拉桥钢桥面板疲劳开裂区域, 采用了粘贴角钢的冷加固方法进行加固, 并对加固前后的桥梁结构开展了AE监测和应变监测以研究疲劳裂纹状态与检验冷加固方法的效果。疲劳试验与监测结果表明: PAC的AE传感器和智能PZT传感器能有效捕捉具有突发峰值与快速衰减特征的疲劳扩展信号, 二者的协同应用实现了疲劳裂纹智能感知, PAC的AE传感器组能实时捕捉纵肋上的疲劳裂纹扩展长度和方向; 粘贴钢板冷加固后, 应力水平稳定在64.8 MPa, 直到继续循环加载至512万次仍无疲劳裂纹扩展, 验证了正交异性钢桥面板粘贴钢板疲劳冷加固措施的良好加固效果; 在疲劳试验过程中, PAC的AE传感器和智能PZT传感器监测疲劳裂纹扩展结果一致性良好, 与应变片相比可实时捕捉更丰富的疲劳裂纹动态信息。对运营阶段正交异性钢桥面板疲劳监测与评估结果表明: 加固前AE监测结果峰值能量是加固后峰值能量的5倍, AE累积信号由加固前的密集分布改变为加固后的稀散分布, 表明加固后的钢桥面板疲劳裂纹处于稳定状态; 随着加载车辆行驶通过, 冷加固后的疲劳裂纹尖端应力峰值降低40%至50%;对比加固前后的24 h疲劳应力连续监测结果, 疲劳细节附近应变片的应变水平从加固前的78 MPa下降至加固后的48 MPa; AE信号峰值能量、AE累积信号和应力水平的监测结果均证明了冷加固技术对正交异性钢桥面板疲劳开裂加固的有效性。