宣杭铁路埭溪桥钢板梁加固施工技术

针对铁路既有线下承式钢板梁纵横梁联接处普遍存在的纵梁腹板裂纹病害,结合宣杭铁路埭溪桥钢板梁加固工程,分析得出该处裂纹是由于设计构造细节上的缺陷以及局部应力集中等多种因素引起的疲劳裂纹。通过提高纵梁端部腹板的强度,在纵横梁联接部位栓接角钢的加固方案,改变纵梁的内力分布,改善纵梁的应力水平,提高钢桥的承载能力,并在此基础上,提出加固施工要点,可为同类病害桥梁加固设计与施工提供参考。     

正交异性钢桥面板节段模型疲劳性能试验研究

设计3个正交异性钢桥面板的节段模型,进行系统的静载试验和疲劳试验,研究不同构造对正交异性钢桥面板受力和疲劳性能的影响.结果表明:面板的厚度对U肋与面板连接焊缝构造的应力影响显著,建议正交异性钢桥面板的面板厚度取为14mm以上;横隔板的间距对横隔板与U肋焊缝交叉处的面外应力、横隔板的面外变形、中间U肋的竖向变形有直接的影响;弧形开孔处的应力随横隔板的厚度增加而降低;正交异性钢桥面板上由次应力引起的裂纹的扩展比较缓慢,不会直接影响整个桥面结构的承载能力;横隔板与U肋相交处上部留有过焊孔这一构造细节对正交异性钢桥面板的疲劳性能不利.     

竖向加劲肋间距及腹板鼓曲对钢板梁承载力影响的研究

为了考察竖向加劲肋间距和腹板鼓曲对钢板梁极限承载力的影响,在考虑腹板初始鼓曲及取四种竖向加劲肋间距的情况下,用有限元法计算了钢板梁的纯剪和纯弯极限承载力及腹板鼓曲的变化情况,并与无鼓曲的结果进行了比较.由计算结果可知,竖向加肋间距对纯弯极限承载力影响较小,对纯剪极承载力有一些影响;而腹板鼓曲对纯弯和纯剪极限承载力的影响则可不予考虑.     

铁路钢箱梁正交异性桥面加劲肋疲劳性能研究

甬江特大桥是国内首座铁路大跨度钢箱混合梁斜拉桥。目前国内外大部分疲劳模型试验研究都仅针对单一纵肋形式下正交异性钢桥面板的疲劳特性,不同纵肋形式下的对比研究较少。因此,结合弗拉索夫薄壁杆件理论,提出了加劲肋疲劳敏感部位面内疲劳应力的解析公式,分析了解析公式各疲劳影响因素的影响程度及作用机理,并同有限元模拟及2U+2V模型测试结果进行对比分析。研究表明:解析公式结果同有限元模拟以及试验测试结果一致,其中V型加劲肋疲劳敏感部位疲劳应力小于U型加劲肋,模型试验中U型加劲肋疲劳敏感部位出现裂纹,因此,在铁路列车荷载作用下,V型加劲肋疲劳敏感部位比U型加劲肋具有更好的抗疲劳性能。     

竖向加劲肋间距及腹板鼓曲对钢板梁承载力影响的研究

为了考察竖向加劲肋间距和腹板鼓曲对钢板梁承载力的影响，在考虑腹板初始鼓曲四种竖向加颈肋间距的情况下，用有限元法计算了钢板梁的纯剪和纯弯极限承载力及腹板鼓曲的变化情况，并与无鼓曲的结果进行了比较，由计算结果可知，竖向加肋间距对纯弯极限承载力影响较小，对纯剪极承载力有一些影响，而腹板鼓曲对纯弯和纯剪极限承载力的影响则可不予考虑。     

热点应力法在钢桥构件疲劳评定中的应用方法及实例

介绍了热点应力法在焊接板结构中的应用现状,给出了采用有限元法确定钢桥构件热点应力时的单元类型、单元尺寸的选择及外推计算方法。并对一座实桥采用热点应力法对其纵梁腹板竖向加劲肋下端焊趾进行了疲劳评定,计算结果与实际结构状态较为吻合,表明采用热点应力法对钢桥构件因面外变形引起次应力导致疲劳损伤的细节进行评定的有效性。     

钢板梁的加劲肋

采用柱子设计方法，给出了考虑或不考虑屈后强度时的中间加劲肋、纵向加劲肋和支承加劲肋的设计轴力，并对加劲肋的构造提出了一些要求。     

钢桁桥横梁裂纹病害原因分析与处治对策

某钢桁桥在运营十余年之后,支承行车道板的横梁相继出现裂纹.通过对该桥梁裂纹病害分布和发展情况以及钢横梁在外荷载作用下受力的研究,分析钢桁桥裂纹病害的原因并提出整治措施.钢横梁的裂纹分布和发展具有很强的规律性,伸缩缝处横梁的裂纹相对其他部位出现的早而且严重;产生裂纹的原因与构造细节和车辆活载作用有关,属于疲劳裂纹;对局部构造进行加固改造可有效减小应力峰值,延迟疲劳裂纹的出现.应力集中和疲劳是导致钢桁梁出现裂纹的主要内因,桥梁的长期超负荷运营则是裂纹病害发生和发展的外因,提出的增设加劲板方案可以有效改善桥梁的局部受力情况,并在一定程度上可延缓裂纹的出现和发展.     

下承式铁路钢桥的病害原因分析及加固措施论证

研究目的下承式铁路钢桥在其腹部、底板和横梁上出现裂纹和腐蚀面,这是该种钢桥在服役多年后普遍存在的病害。本文将寻求对病害原因的全面认识。研究方法利用有限元软件,对该钢桥进行结构受力分析,通过化学实验对钢材进行化学成份分析,并对裂纹位置进行了疲劳结算,对所采取的加固措施进行了可行性论证。研究结论(1)纵梁腹板水平裂纹系被硬物划伤所致,纵梁端截面处的腹板下部竖向裂纹是疲劳引起的。(2)下平纵联节点板呈现的层状撕裂是由于材质不合格及冶炼时层间夹碴引起的。(3)桥梁上的腐蚀凹面是列车上的污物掉落在桥上长期腐蚀的结果。(4)现行采用的在裂纹部位粘贴钢板加固纵梁的方法,改变了纵梁的内力分布,改善了纵梁的应力水平,使钢桥满足了承载能力的要求。     

160m跨预应力混凝土连续刚构箱梁加固设计

研究目的:根据连续刚构箱梁病害,采用正确的加固方法,以保证桥梁结构安全使用.研究结论:由于端跨边支座附近、边跨及中跨(1/4～3/4)L段腹板的开裂降低了截面的刚度和强度,加固措施必须能够补强病害截面的刚度和强度,且方案切实可行、经济牢靠;通过计算对比,裂缝出现前后桥跨结构内力值变化幅度较小;由于竖向预应力损失过大,部分截面抗剪强度接近或低于最不利剪力设计值,使得桥跨结构的运营存在较大的安全隐患.必须及时补强由于竖向预应力损失而带来的抗剪强度的损失;本加固设计利用反推的算法,通过局部加厚腹板和粘贴钢板的方式,充分补强了由于连续刚构箱病害以及竖向预应力损失所带来的梁体截面刚度与强度的降低.     

钢斜拉桥锚箱式索梁锚固区合理构造型式研究

针对苏州—南通长江公路大桥钢锚箱式索梁锚固结构进行了足尺(1∶1)静载试验和疲劳试验。采用空间有限元方法分析实桥和试验模型锚固区的应力与变形,将试验与计算结果进行比较,验证计算方法的正确性。探讨此种锚固结构的传力机理、应力分布。研究焊缝长度、加劲肋和横隔板等对腹板应力的影响,探讨锚固区设计的进一步优化。为优化设计做了大量仿真计算。提出改善应力分布、减小应力集中的措施。     

钢桁梁焊接构造细节的疲劳性能及基于XFEM的疲劳寿命评估

通过3组共9个试件的疲劳试验,研究沪通长江大桥主桁对接杆件中过焊孔构造细节的疲劳性能,通过扩展有限元方法(XFEM)结合断裂力学方法对过焊孔构造细节裂纹扩展阶段的疲劳寿命进行预测。研究结果表明:过焊孔与翼缘板-腹板焊缝交叉处的焊趾是过焊孔构造细节疲劳性能的薄弱环节;试验测得该细节对应200万次荷载循环的疲劳强度小于欧洲规范对类似构造细节的规定,过焊孔处腹板-翼缘板的角焊缝质量对构造细节的疲劳强度有重要影响;采用XFEM结合断裂力学方法预测疲劳裂纹扩展阶段的寿命与测试结果较吻合,可以作为疲劳寿命评估的手段。     

基于响应面的波形钢腹板PC组合梁桥有限元模型修正方法的试验研究

为探讨波形钢腹板PC组合箱梁桥模型修正方法应用于实桥结构运营安全性能评估的有效性,开展实桥荷载试验,并基于响应面法,以设计参数为自变量,利用竖向前3阶自振频率构造目标函数进行迭代优化,从而实现对有限元模型的修正,使修正后模型的计算结果和试验实测值的偏差在合理范围内。而后按照静载试验的加载工况对有限元模型加载,通过对比挠度计算值与试验值,验证其精确性。研究结果表明:修正后的模型能够真实反映桥梁的实际运营状态,可以作为该桥的基准有限元模型用于桥梁运营安全性能评估。     

正交异性钢桥面板纵肋?面板疲劳开裂的CFRP加固研究

为了研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)加固正交异性钢桥面板纵肋?面板(Rib-to-Deck,RD)构造细节疲劳开裂的可行性,借助ABAQUS建立正交异性钢桥面板多尺度有限元模型,采用扩展有限元法(Extended Finite Element Method,XFEM)模拟RD构造细节焊趾处表面裂纹,与其他文献的对比验证模拟方法的可靠性;选取RD构造细节横桥向最不利的轮载位置加载,计算并对比CFRP加固RD构造细节前后应力强度因子幅值的变化.研究结果表明:XFEM取15道围道积分数并去除前2道围道积分计算平均值,得到的I型应力强度因子解较准确;CFRP加固能有效降低裂纹尖端应力强度因子幅值,从而降低其疲劳裂纹扩展速率,提高构造细节的疲劳寿命;CFRP作用体现在降低了焊趾处的应力集中和增强了裂开区的连接效应;其加固效果随CFRP层数、纵向长度、宽度的增加而提高,当CFRP纵向长度、宽度大于某一值时,其对加固效果的影响很小.     

正交异性钢桥面板纵肋?面板疲劳开裂的CFRP加固研究

为了研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)加固正交异性钢桥面板纵肋?面板(Rib-to-Deck,RD)构造细节疲劳开裂的可行性,借助ABAQUS建立正交异性钢桥面板多尺度有限元模型,采用扩展有限元法(Extended Finite Element Method,XFEM)模拟RD构造细节焊趾处表面裂纹,与其他文献的对比验证模拟方法的可靠性;选取RD构造细节横桥向最不利的轮载位置加载,计算并对比CFRP加固RD构造细节前后应力强度因子幅值的变化.研究结果表明:XFEM取15道围道积分数并去除前2道围道积分计算平均值,得到的I型应力强度因子解较准确;CFRP加固能有效降低裂纹尖端应力强度因子幅值,从而降低其疲劳裂纹扩展速率,提高构造细节的疲劳寿命;CFRP作用体现在降低了焊趾处的应力集中和增强了裂开区的连接效应;其加固效果随CFRP层数、纵向长度、宽度的增加而提高,当CFRP纵向长度、宽度大于某一值时,其对加固效果的影响很小.     

挑臂式钢箱梁面板-中纵梁构造细节疲劳性能研究及构造参数分析

为研究挑臂式面板-中纵梁构造细节的疲劳特性，运用大型通用有限元软件ANSYS建立精细化分析模型，结合热点应力法、Palmgren-Miner线性累积损伤理论及雨流计数法对该构造细节进行横纵向疲劳车加载应力结果计算分析，并开展构造参数影响研究。研究结果表明，轮载作用下该细节经历多次应力循环，应力影响线具有明显的轴重识别效果，采用横向应力/竖向应力研究其疲劳特性是合适的；该细节面板焊趾较腹板焊趾应力水平高，更易发生疲劳开裂，而腹板处焊趾具有无限寿命；面板厚度从12 mm增加到20 mm,面板焊趾和腹板焊趾热点应力分别降低55%和40%,中纵梁腹板与附近U肋的间距从250 mm增加到400 mm,面板焊趾和腹板焊趾热点应力增幅达61%和58%,而中纵梁腹板厚度从12 mm变化到20 mm,面板焊趾处和腹板焊趾处的热点应力基本不变，维持在53 MPa和22 MPa左右。建议在充分考虑安全性和经济性的情况下，合理选择面板厚度及中纵梁腹板与附近U肋的间距以提高面板-中纵梁构造细节的疲劳寿命。     

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。     

铁路正交异性钢桥面板典型疲劳裂纹寿命估算

针对铁路正交异性钢桥面板中典型疲劳裂纹形式,建立计算模型。采用有限元数值方法模拟钢桥面板应力分布,确定各典型疲劳裂纹最不利位置;利用有限元子模型技术模拟各疲劳裂纹位置焊接细节,分析焊缝引起应力集中程度及对疲劳裂纹产生所造成影响;依据断裂力学揭示疲劳裂纹扩展速率与裂纹周围应力场关系,对几种典型疲劳裂纹进行疲劳寿命估算。结果表明:在桥面板与纵肋连接处,桥面板疲劳裂纹寿命较短,而纵肋疲劳裂纹寿命较长,这与国内外现场实测及试验结果相吻合;在横梁与纵肋连接处,其主应力较大且应力集中效应明显,极易产生疲劳裂纹。     

基于缺口应力的波形钢腹板结构疲劳分析研究

基于现行规范对波形钢腹板结构的疲劳问题没有明确的规定,为了研究这种结构的疲劳设计及评估方法,对试验模型梁进行等幅疲劳荷载试验,得到波形钢腹板梁典型疲劳细节和基础疲劳数据。应用有限元软件建模,采用子模型法计算细节处缺口应力,并采用缺口应力法对试验梁的疲劳性能进行评估。研究结果表明:缺口应力法评估波形钢腹板疲劳性能是可行的。波形钢腹板典型疲劳细节的缺口应力集中系数受腹板转角半径和波折角度影响较大,随腹板转角半径的增大而减小,随腹板波折角度的增大而增大。     

水柏铁路北盘江大桥钢管混凝土拱设计

水柏铁路北盘江大桥是我国第一座铁路钢管混凝土拱桥,主桥结构采用上承式X形钢管混凝土拱,跨度236m;主拱肋及横向联接系在拱肋未灌注混凝土前为完全钢结构,在灌注混凝土后及大桥运营阶段,主拱肋为钢管混凝土结构;实腹板及上下盖板按照型钢混凝土结构设计;拱上墩座为加劲的钢箱墩座,并与拱肋连接;腹杆设计采用H形构件、节点板连接的构造;涂装层按长效防腐进行设计,拱圈钢结构外表面采用热喷涂复合涂层体系,涂层类型为喷铝合金 封闭 涂装。