基于实测数据的铁路钢桥列车荷载模型研究

为获得更为准确的铁路钢桥疲劳评估荷载,以某跨径75m的下承式单线简支铆接钢桁梁铁路桥为背景,基于实测数据,采用概率论的方法建立列车荷载模型。将列车模型分为列车类型、机车、车辆以及列车运行速度4个参数,通过统计分析,分别得到各参数的概率分布,采用Monte-Carlo法生成随机列车荷载。将模拟荷载计算的钢桥疲劳效应与实测值进行对比,结果表明:模拟的钢桥杆件日应力谱与实测日应力谱吻合良好,所建立的列车荷载模型能很好地描述列车荷载的通行情况,可用于铁路钢桥疲劳分析,具有较强的适用性。     

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。     

致损荷载信息缺失在役钢桥的疲劳损伤状态重构方法

大多数在役钢桥的致损荷载信息缺失,根据不完备监测检测信息重构结构的疲劳损伤状态,是确保结构服役安全的基本前提。基于部分疲劳开裂信息反向重建等效致损荷载信息,提出了致损荷载信息缺失条件下的在役钢桥疲劳损伤状态重构方法。首先通过线性损伤累积理论和等效结构应力评估方法计算不同荷载工况下的疲劳敏感构造细节疲劳损伤累积;以钢桥服役期间疲劳损伤监测检测获得的疲劳裂纹检测结果为约束条件,将荷载工况的线性组合作为等效荷载历程,实现了在役钢桥结构的疲劳损伤状态重构;通过模型试验对所提出的疲劳损伤状态重构方法进行了验证。研究结果表明:基于疲劳裂纹损伤信息,在致损荷载信息缺失条件下重构得到的疲劳敏感构造细节损伤状态重构结果与试验结果吻合,证明了致损荷载信息缺失条件下实现疲劳损伤状态重构的可行性和所提出方法的有效性,为在役钢桥的实际疲劳损伤状态评估提供了新思路和新方法。     

德国旧钢桥评估

由于不可能在短时间内替换所有旧钢桥,因此在德国,旧钢桥的评估就变得越来越重要。介绍德国旧钢桥模拟方面的一些经验,解释了公路钢桥疲劳寿命计算的一般方法和德国铁路公司提出的计算铁路钢桥疲劳寿命的新标准方法。通过对几座公路桥梁和铁路桥梁的评估,解释了旧钢桥评估方面的一些典型的问题。     

基于有限元的复合钢混凝土桥梁热点应力分析

复合钢混凝土桥梁在其使用周期中受交通荷载影响产生显著动态影响,此时焊接接头是桥梁最薄弱部位之一。采用热点应力法(HSM),对考虑车速和路面粗糙度的焊接变形疲劳接头进行了疲劳寿命评估,用实体单元模拟焊接接头,建立三维动态车—桥互动模型。考虑桥式车辆与路面粗糙度动力相互作用,考虑全局和局部的应力和对疲劳寿命的高散射动态放大效应。局部方法表明,详细的局部应力定义是评估现有道路桥梁疲劳性能的基础。此外讨论了年交通量增长率对疲劳寿命的影响。     

铆接钢桥的系统疲劳可靠度评估

针对铆接钢桥的疲劳失效特点,在建立铆接钢桥构件整体断裂力学数值分析模型的基础上,提出铆接钢桥构件、结构系统疲劳断裂可靠性分析模型。基于Monte Carlo算法,编制用于铆接钢桥系统疲劳可靠性分析的大型程序。将铆接钢桥系统疲劳可靠性分析模型应用于浙江路桥的系统疲劳可靠度评估,概率剩余寿命评估结果表明：若按保证桥梁的正常使用功能,超声波探测间隔为1.5年,该值要比按构件简化断裂力学分析模型计算的系统探测间隔（4年）短,可见铆接构造、钉载等对概率疲劳寿命的影响是显著的。     

老龄桁架桥的检测评估方法

由于现有规范采用的钢桁架桥的检测与评估方法无法满足结构承载力与剩余寿命评估的需要,结合上海市外白渡桥研究一种适用于老龄钢桁架桥的检测与评估方法。首先依据交通调查资料,采用Monte-Carlo法建立交通荷载模型,得出结构的最大内力与疲劳应力谱;然后切取实桥锈蚀构件进行试验,分析锈蚀对结构承载力的影响规律,根据量化的锈蚀程度检测结果计算构件的剩余承载力;最后采用基于断裂力学理论的损伤容限计算方法分析桥梁的剩余使用寿命。对外白渡桥的分析结果表明:该桥有40根杆件、4个节点板的承载力及8个构件的剩余寿命无法满足继续使用的要求。     

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。     

预应力混凝土连续梁桥有限元数值模拟及设计探讨

通过有限元软件来模拟不同工况下预应力混凝土连续梁桥的疲劳特性。工况1为通过调查统计获得的桥梁运营中实际车辆荷载谱,工况2利用MATLAB生成服从正态分布的车辆荷载,利用ANSYS软件的后处理程序将服从正态分布荷载下的梁桥时间历程瞬态动力来判断梁桥的疲劳特性。研究结果表明:工况2下危险截面材料疲劳寿命低于工况1,危险部位损伤度符合正态分布;预应力混凝土连续梁桥跨中循环次数最多,该位置混凝土正截面承受最大的压应力,造成疲劳损伤最大,桥梁疲劳寿命周期主要取决于混凝土。基于正态分布下的随机车辆荷载谱在预应力混凝土连续梁桥的疲劳分析中更符合实际工况。     

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。