正交异性钢桥面板U肋-盖板焊接节点的疲劳性能试验

为深入研究正交异性钢桥面板U肋-盖板焊接节点的疲劳性能及其破坏机理,设计了6个足尺试件模型开展试验研究。首先进行中心加载和偏心加载两种加载工况下的静力试验,对焊缝附近区域的钢板表面应力进行实测,得到热点应力分布规律及应力集中系数;随后进行不同热点应力幅下的高周疲劳循环加载,得到相应的疲劳破坏模式、疲劳寿命、疲劳裂纹扩展过程及速率、刚度退化等实测数据。结果表明:U肋-盖板焊接节点的最大热点应力位于盖板焊趾处;节点在循环荷载作用下的疲劳裂纹扩展过程大致分为裂纹萌生、裂纹稳定扩展、裂纹贯穿壁厚、断裂失效4个阶段,且裂纹贯穿盖板壁厚之后的剩余疲劳寿命可忽略不计;疲劳开裂初期的裂纹扩展速率较为稳定,裂纹贯穿盖板厚度之后的扩展速率明显加快;节点刚度在裂纹长度达到150 mm时开始出现下降趋势,并在裂纹贯穿盖板厚度之后发生刚度急剧退化。通过疲劳寿命数据对比,可以认为采用IIW规范的FAT100级S-N曲线对正交异性钢桥面板U肋-盖板焊接节点的疲劳寿命进行预测和评估是偏于安全的。     

钢管混凝土K型节点应力集中系数分析

在管节点疲劳破坏的研究中,应力集中系数是评价其疲劳寿命的重要参数之一。应力集中系数一般通过实验及精细的有限元模型得到,本文利用精细的有限元模型计算得到。运用有限元软件ANSYS对K型空心钢管,钢管混凝土节点进行计算,研究节点在支管轴压,主管轴压,共同作用下对钢管混凝土节点及其应力集中系数大小与分布的影响。     

板桁组合结构主桁节点板应力集中系数研究

为给板桁组合结构节点板的设计提供参考,以沪通长江大桥为背景,针对板桁组合结构的传力特点,采用ANSYS建立节点区域梁段的板壳模型,计算轴力、弯矩单项荷载作用下节点板区域的应力分布特征和应力集中系数。分析弦杆腹板高度、腹杆翼缘宽度、弦杆与腹杆间圆弧半径、腹杆间圆弧半径4个参数对应力集中系数的影响,并拟合出应力集中系数的计算公式。结果表明:单项荷载作用下的应力最大值均出现在所加载的杆件与相邻杆件间的节点板圆弧过渡起始位置;不同杆件在轴力、弯矩作用下的节点板区域应力集中系数不同;下弦杆在轴力、弯矩作用下的节点板区域应力集中系数均较大;下弦杆在轴力作用下的节点板区域应力集中系数与现有公式计算值吻合较好,其他情况下节点板区域的应力集中系数均较现有公式计算值大,需引起重视。     

方钢管混凝土T型节点力学性能研究

为研究方钢管混凝土T型节点的力学性能,建立了钢管混凝土以及空钢管T型节点的有限元模型,对支管受拉时的疲劳性能及支管受压时的静力性能进行了有限元对比分析,采用二次外推法给出了节点不同位置的应力集中系数,并采用非线性分析得出了支管受压时的极限承载力。结果表明:主管内填混凝土节点的最大热点应力出现在主管表面支主管交界的角隅处;空钢管节点的最大热点应力出现在靠近支主管焊缝的支管上;主管内填混凝土能够显著降低节点的应力集中程度;钢管混凝土T型节点在支管受压时的承载力要显著高于空钢管节点。     

基于超载作用的斜拉桥索塔整体式钢锚箱疲劳性能研究

车辆荷载作为动载通过斜拉索传力对索塔钢锚箱的疲劳性能有很大的影响,超载现象对钢锚箱疲劳性能的影响更大,尤其体现在对其疲劳寿命及损伤值的影响。为了研究车辆荷载对钢锚箱疲劳性能的影响,该文以某双塔双索面斜拉桥为工程背景,建立了全桥有限元模型和索塔处钢锚箱的整体细部模型。基于S-N曲线的名义应力法及Miner线性累计损伤理论,计算分析在成桥阶段钢锚箱的应力集中情况。选取应力集中严重、应力值较大的细节作为关注疲劳细节点,分析其对数寿命和损伤值。该文重点研究了不同程度的汽车超载对钢锚箱疲劳寿命及疲劳损伤的影响。     

桁架拱桥K型钢管节点的有限元数值分析

通过采用壳体单元和实体单元两种数值模拟计算方法,考察分析了桁架拱桥中K型钢管节点在轴向荷载作用下的热点应力特征和应力集中系数.与文献[6]计算结果进行比较,验证了数值计算结果的正确性和实用性.     

钢桁架桥钢节点有限元分析

为分析在荷载作用下桥梁各节点应力分布,以CATIA桥梁模型为基础,导入MIDAS、ABAQUS进行总体和局部应力计算分析。结果表明,由于桥梁设计过程中中部节点板厚及尺寸加大,导致应力集中更容易出现在偏离中心的变截面节点中;在恒载以及恒载加活载作用下,桥梁下部各节点应力均小于钢材屈服应力,满足规范要求;无论是恒载还是恒载加活载作用下,下部节点处应力集中都出现在斜腹杆与节点板相连处,2号斜腹杆可能成为最先发生疲劳破坏的杆件。     

基于多尺度的高层钢框架梁柱节点疲劳分析

高层钢结构梁柱节点在地震交变往复荷载作用下发生低周疲劳破坏进而导致结构发生倒塌。因此,为了保证钢结构梁柱节点不发生疲劳破坏,有必要对梁柱节点以及节点域的疲劳特性进行分析研究。首先,利用多节点约束方法建立悬臂梁模型,验证多尺度建模方法;其次,基于Ansys建立一幢12层钢框架梁系有限元模型,掌握结构在地震作用下应力应变分布规律;在此基础上,利用多尺度建模方法,建立该框架结构多尺度有限元模型,详细分析钢结构梁柱的应力应变分布规律;最后,通过S-N曲线对局部梁柱节点的寿命进行预测分析。结果表明,钢框架梁柱节点以及节点域的应力分布比较集中,从而引起梁柱节点的局部破坏,最终导致整体钢框架的失效,在以后的设计中,应对梁柱节点的疲劳问题予以考虑。     

焊接钢桥腹板出平面变形疲劳问题的有限元分析

焊接钢桥的腹板在交通荷载作用下产生的出平面变形可以导致腹板空隙处的疲劳开裂,为了分析导致腹板空隙处疲劳开裂的位置、形式以及原因,对一座钢桥的一跨建立了三维有限元模型,并采用了子模型方法对腹板空隙处进行了细致的分析,得到腹板空隙处的应力水平和分布规律。通过分析得到焊接钢桥腹板出平面变形导致腹板空隙处的应力十分复杂,造成多个区域的应力集中。在AASHTO疲劳车的作用下,腹板空隙处的最大应力可以达到200MPa,这样就导致在交通荷栽的反复作用下疲劳裂纹的产生,同时对相应的维修加固策略进行了探讨。研究也显示出了有限元方法分析复杂区域的优越性。     

预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法研究

基于疲劳损伤累积理论,提出一种预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法。首先,分析预应力混凝土箱梁桥腹板受力特性,建立腹板与顶板早期开裂及腹板疲劳破坏准则;然后,通过箱梁桥局部平面有限元模型计算横向效应下混凝土及箍筋应力,基于混凝土S-N曲线分析混凝土疲劳开裂,引入裂缝影响系数对箍筋应力进行修正,基于全桥杆系有限元模型及变角度桁架模型计算仅考虑面内剪力作用下箍筋应力,两者叠加得到空间效应下箍筋应力历程,以雨流计数法获取箍筋应力谱,并基于疲劳损伤累积理论对箍筋进行疲劳寿命评估;最后,对一实例分析,同时分析箱梁横向效应、裂缝深度等对箍筋应力及疲劳寿命的影响。结果表明:当裂缝深度达到腹板保护层厚度时,箱梁横向效应对桥梁腹板寿命影响较大,可使其发生疲劳破坏。     

正交异性钢桥面板截面构造参数分析

通过对国内外正交异性钢桥面板的研究发现,其破坏的主要形式是钢桥面板的疲劳破坏,针对钢桥面板在使用过程中发生疲劳破坏的原因,以东莞水道桥为依托,选取了纵向加劲肋类型、横隔板挖孔形式及纵肋内小隔板焊接形式三个主要参数,研究正交异性钢桥面板在不同参数下的疲劳应力及应力集中系数变化情况。研究结果表明:与开口加劲肋相比,闭口加劲肋的加劲效率更高,U形肋的应力集中系数显著低于其他三种截面形式纵肋;在车辆荷载作用下,当横隔板采用梯形开孔形式时,其与纵肋、顶板间的焊缝处应力水平比较均衡;通过设置小横隔对桥面板刚度进行局部增强,能有效降低顶板与纵肋、顶板与横隔板、纵肋与横隔板间三处焊缝的应力水平和应力集中程度。     

沥青路面内桥式压电换能器性能分析

对埋置于沥青路面内部的桥式压电换能器的电压、应力等性能进行分析。通过室内试验和有限元分析相结合的方法,获得了圆弧形及矩形桥式压电换能器在荷载作用下产生的电压值与破坏规律,以及两种压电换能器应力集中处水平最大拉应力及最大剪应力的变化趋势。结果表明,圆弧形及矩形桥式压电换能器所产生的电压值基本与外加应力呈线性关系,且与加载频率无关。当外部荷载的应力水平达到0.5MPa时,圆弧形换能器的压电陶瓷在应力集中处发生断裂,而矩形压电换能器可承受0.7MPa以上的应力作用。为使压电换能器能承受0.7MPa的行车荷载作用,建议压电换能器水平最大拉应力不应超过31.5 MPa,最大剪应力的不应大于14.5MPa。     

U肋与横隔板焊接构造细节疲劳强度研究

为研究在车辆荷载反复作用下,正交异性钢桥面板U肋与横隔板焊缝构造细节处的疲劳强度是否满足疲劳设计要求,以九江长江公路大桥钢箱梁结构为研究对象,设计疲劳试样进行疲劳试验,得到了用于该构造细节处疲劳寿命评估的失效概率分别为50%及2.3%的应力幅~循环次数曲线,参照Eurocode 3规范,将疲劳曲线延长至长寿命区,提出适合该细节处的疲劳设计曲线及方程。依据实测车辆荷载谱及简化的有限元模型,选择合理的加载方式与荷载冲击系数,计算得到关注点的应力~时间历程曲线,并评估该构造细节的疲劳寿命。结果表明,在实测荷载谱作用下,该细节处最大应力幅值为24.49MPa,小于疲劳截止限,其疲劳强度满足疲劳设计要求。     

基于车辆荷载数据的波形钢腹板PC梁桥细节疲劳寿命预测

波形钢腹板作为一种新型桥梁结构形式,在钢腹板与顶板衔接位置及波形钢腹板折线位置容易产生应力集中而出现疲劳失效。基于实测车辆荷载数据,在有限元软件ANSYS平台采用瞬态分析将荷载数据转换成疲劳应力效应。在此基础上,基于S-N曲线法对波形钢腹板结构的典型焊接点的疲劳寿命进行了预测。研究表明:典型货车车重服从多峰分布,波形钢腹板PC梁桥在波形折角位置、钢混连接孔位置和钢材焊缝位置处容易出现疲劳裂纹。在年交通增长率为5%的荷载作用下,头道河大桥细节1和细节2的疲劳寿命分别为143 a和295 a。     

苏州中心地下空间超长结构温度应力分析

苏州中心建筑平面尺寸巨大,因超长产生的温度应力对结构的影响较为显著。通过分析地下结构从施工到投入正常使用全过程中可能受到的温度荷栽的类型,利用线性分布法计算作用在建筑物上温度荷栽.总结出确定温度作用的计算工况。并以苏州中心地下空间结构为例,介绍了温度应力的计算方法。实际计算表明,降温荷载在框架梁和楼板中产生较大拉应力.楼板开洞部位拉应力集中,温度作用在框架柱中产生剪力和弯矩,在工程设计时必须充分考虑。     

基于应力测试对某车型耐久后钣金开裂问题的分析与研究

应力测试是汽车行业常用的疲劳寿命分析手法,当车身零件发生焊点开裂等疲劳破坏问题时,在应力集中位置贴伏应变片,然后在特定的恶路进行应力测试,采集应力数据,结合材料的疲劳限度及S-N曲线,通过分析应力数据能判断出是否存在疲劳破坏的风险,从而协助分析车身零件疲劳开裂的原因,并结合CAE分析提出相应对策。此外,实施对策后,以相同工况再次进行应力测试,通过分析疲劳开裂对策后状态测量所得的应力数据,可快速判断其对策的有效性,从而提高对策成功率,确保新车型按时投产。     

复杂应力场下焊接接头疲劳寿命评估的热点应力法

为了研究复杂应力场对焊接接头疲劳寿命的影响规律,针对不同倾角(θ=0°,15°,30°,45°)全熔透承载角焊缝十字形焊接接头,进行了轴向拉伸疲劳试验和有限元数值模拟。采用线性外推法、二次外推法和1mm法来计算焊趾处的热点应力,通过有限元网格敏感性分析确定合适的网格尺寸,得到了热点正应力和热点剪应力集中系数随倾角的变化规律。分别基于等效应力法、相互作用方程法和双参数临界面法对焊接接头的疲劳寿命进行评估,并与试验结果进行对比。结果表明:当最小网格尺寸分别小于0.1t和0.03t时,外推法和1mm法可以忽略其对热点应力的影响;热点剪应力集中系数普遍大于热点正应力集中系数;随着焊缝倾角的增大,疲劳寿命越来越大,15°,30°和45°倾角的疲劳寿命试验结果分别是0°倾角的1.26,1.52和2.38倍;当焊缝倾角为30°和45°时,相互作用方程法和双参数临界面法预测的疲劳寿命误差较大且偏于危险,而等效应力法预测的疲劳寿命与试验值吻合较好且偏于安全,因此推荐采用线性外推法计算热点应力,用等效应力法来预测复杂应力场下焊接接头的疲劳寿命。     

钢桁梁整体焊接节点疲劳性能模型试验

整体焊接节点钢桁梁具有广阔的应用前景,其疲劳性能由整体焊接节点所决定。以长清黄河大桥为研究对象,通过理论分析和两尺度疲劳破坏试验对钢桁梁整体焊接节点的疲劳性能进行了研究。首先通过全桥杆件内力分析和多尺度疲劳损伤分析确定了控制主桁疲劳性能的整体焊接节点位置及其控制构造细节;在此基础上设计了2类共21个试验模型,其中包括20个构造细节试样模型和1个足尺节段模型,进行了疲劳破坏试验,确定了整体焊接节点控制构造细节的主导疲劳开裂模式、应力集中系数和疲劳强度。研究结果表明：节点顶板、横梁上翼缘与节点板熔透对接焊连接细节是整体焊接节点疲劳性能的控制构造细节,其主导疲劳开裂模式为从节点板焊趾起裂并沿板厚扩展;实际受力模式下,控制构造细节中节点板焊趾应力集中系数为1.163,横梁上翼缘焊趾应力集中系数为1.789;2类试验模型的宏观疲劳裂纹起裂寿命均占总疲劳寿命的75%以上,故将2类试验模型的疲劳失效判据统一定义为出现宏观疲劳裂纹;基于此,2类试验模型所得到的控制构造细节疲劳强度等级基本一致;控制构造细节2种开裂模式名义应力疲劳强度等级均建议采用公路钢结构桥梁设计规范中的FAT80,热点应力疲劳强度均建议采用欧规中的FAT90。     

公铁两用斜拉桥塔梁结合处焊接细节热点应力分析

为了确立热点应力的有效计算方法、获得节点焊缝周围的应力分布规律,以郑州黄河公铁两用钢桁主梁斜拉桥为研究背景,在全桥整体及桥塔与主桁局部结合部位有限元应力分析的基础上,把桥塔焊趾处局部有限元模型作为粗糙模型(原始模型),将中桁上弦顶板与桥塔结合处的焊趾模型从粗糙模型中“萃取”出来,采用外推法计算热点应力集中系数;分析边界条件、网格划分对热点应力集中系数的影响.分析结果表明,边界条件对计算结果影响不明显;网格划分对计算结果影响较大,但网格细化到一定程度以后,由单元划分密度引起的计算结果差异不到0.5％.     

基于断裂力学的UHPC加固钢桥面板性能分析

正交异性钢桥面板的板-肋焊接处是车辆荷载下极易开裂的位置,通过UHPC加固可以有效减小钢桥面板的疲劳风险。为了研究UHPC加固钢桥面板的效果,基于线弹性断裂力学展开有限元分析。通过正交异性钢桥面板试验案例作为参考对焊趾处的疲劳性能进行计算,验证了有限元模型的可靠性,通过在焊接细节处插入初始裂纹进行应力强度因子计算分析,考虑不同加载位置以及UHPC层厚度对裂纹尖端的应力强度因子值的影响。研究结果表明：顶板处焊缝位置的热点应力要高于U肋处的焊缝,热点应力受荷载位置影响较为明显;增加UHPC层可有效增加正交异性钢桥面板的刚度,从而减少裂纹尖端的应力集中,增设50 mm厚的UHPC铺装层时,初始裂纹尖端的应力强度因子减小约89%,研究内容可为UHPC加固钢桥面板设计提供参考。