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。     

不同钢桥面板厚度下疲劳性能分析

针对钢箱梁正交异性钢桥面板极易出现的疲劳破坏,在有限元分析软件ANSYS中建立某钢箱梁车行天桥的疲劳分析模型,分析不同顶板厚度及不同横隔板间距下的4个典型疲劳细节点处的疲劳应力,并根据钢桥设计规范验算这些工况下的等效常值应力幅。结果表明,桥面板厚度的适当增加,可以有效降低各构造细节处的疲劳应力,而横隔板间距的减少,也能在一定程度上改善桥面板的疲劳性能。     

基于等效结构应力法的正交异性钢桥面板体系疲劳抗力评估

正交异性钢桥面板的疲劳问题属于多疲劳失效模式下的结构体系疲劳问题,为研究其结构体系的疲劳失效模式和疲劳抗力,以典型的正交异性钢桥面板为研究对象,提出基于主导疲劳失效模式的结构体系疲劳抗力评估方法。由正交异性钢桥面板的重要疲劳失效模式入手,设计3组共8个足尺节段模型,通过疲劳试验研究确定纵肋与顶板焊接细节和纵肋与横隔板交叉构造细节的重要疲劳失效模式及其实际疲劳抗力;基于所提出的结构体系疲劳抗力评估方法,探讨引入镦边纵肋和双面焊等新型构造细节条件下正交异性钢桥面板结构体系的疲劳抗力问题。研究结果表明：纵肋与顶板焊接细节主导疲劳失效模式为疲劳裂纹萌生于焊根并沿顶板厚度方向扩展,而纵肋与横隔板交叉构造细节主导疲劳失效模式为疲劳裂纹萌生于端部焊趾并沿纵肋腹板扩展;初始制造缺陷会显著降低正交异性钢桥面板重要疲劳失效模式的疲劳抗力并导致疲劳失效模式迁移;对于正交异性钢桥面板的结构体系而言,引入新型镦边纵肋与顶板焊接细节无法提高结构体系的疲劳抗力;而引入纵肋与顶板新型双面焊细节,可使结构体系的主导疲劳失效模式迁移至顶板焊趾或纵肋与横隔板交叉构造细节,结构体系的疲劳抗力得到显著提高。     

钢桥面板与纵肋焊接细节关键构造参数及其疲劳效应分析

为研究钢桥面板主要构件参数取值导致的疲劳效应,以某公路大桥正交异性钢桥面板U形纵肋与顶板构造细节为研究对象,建立精细化板壳与实体混合有限元仿真分析模型,分析纵肋和顶板厚度变化及其匹配组合对于该构造细节应力历程、等效应力幅值和疲劳累积损伤的影响效应。结果表明:纵肋和顶板厚度均是影响其构造细节疲劳性能的关键性参数,但其厚度变化对于疲劳性能的影响具有一定的差异;在相同的构造参数下,相应于顶板焊趾和焊根2种失效模式的疲劳性能并不一致,相较而言顶板焊根位置具有更高的疲劳开裂风险;适当增大纵肋厚度可有效延缓纵肋与顶板构造细节的疲劳损伤累积过程,合理构造参数的确定应综合考虑经济性和制造工艺等因素。     

钢桥面板纵肋与顶板焊接细节疲劳裂纹扩展三维模拟方法

为了深刻认识正交异性钢桥面板的疲劳特性,准确评估其疲劳抗力,对纵肋与顶板焊接细节进行了三维疲劳裂纹扩展模拟。提出了一种主要针对椭圆或半椭圆形疲劳裂纹的扩展模拟方法,采用相互作用积分法计算裂纹尖端处的应力强度因子K,作为三维裂纹模拟的基本参量。以青山长江公路大桥正交异性钢桥面板疲劳试验节段模型为研究对象,将纵肋与顶板焊接细节处的疲劳裂纹近似为单个半椭圆形裂纹,对其扩展过程进行三维模拟,通过试验结果验证了所提方法的有效性。在此基础上将初始裂纹分别设置于焊根和顶板焊趾,探讨了顶板厚度和U肋形式对于纵肋与顶板焊接细节疲劳裂纹扩展特性的影响问题。研究结果表明：所提出的方法能够准确模拟纵肋与顶板焊接细节疲劳裂纹的扩展过程,适用于其疲劳问题研究;增加顶板厚度能够有效改善纵肋与顶板焊接细节处的疲劳性能;相对于传统纵肋与顶板焊接细节而言,顶板与镦边U肋焊根和焊趾处的疲劳裂纹扩展特性和疲劳抗力没有显著差别,顶板与镦边U肋焊缝构造细节难以显著改善焊根和顶板焊趾处的疲劳性能;萌生于焊根并向顶板扩展的疲劳失效模式是控制传统纵肋与顶板焊接细节和顶板与镦边U肋焊缝构造细节疲劳性能的主导疲劳失效模式。     

顶板厚度参数对钢桥面板-肋接头疲劳应力影响分析

顶板厚度参数是影响正交异性钢桥面板-肋焊接接头疲劳性能的重要设计参数之一.以某斜拉桥钢桥面板为研究背景,利用Ansys有限元软件,通过变形特征确定了简化的节段模型尺寸,并在此基础上分析了顶板厚度参数对钢桥面板-肋接头疲劳应力的影响,分析结果可为相关研究提供参考.     

新型半开口纵肋正交异性钢桥面板疲劳性能试验研究

为了改善常规正交异性钢桥面板的疲劳开裂问题,提出新型半开口纵肋正交异性钢桥面板结构,该结构通过在纵肋底部开口实现顶板与纵肋双面焊接,提高焊缝质量,降低纵肋与横隔板的刚度差。为验证该新型钢桥面板的疲劳性能,设计制作钢桥面板节段足尺模型进行疲劳试验,采用应力应变法、数字图像法、声发射法等技术监测应力和裂纹发展。结果表明:在1 000万次循环加载过程中,新型钢桥面板各构造细节处均未出现疲劳裂纹;与常规正交异性钢桥面板相比,新型钢桥面板纵肋与横隔板连接处的应力幅大幅降低;新型钢桥面板结构显著改善了正交异性钢桥面板的抗疲劳性能。     

高疲劳抗力钢桥面板的疲劳问题Ⅱ：结构体系抗力

为了深刻认识高疲劳抗力钢桥面板的疲劳特性，准确评估其结构体系的疲劳抗力，基于等效结构应力建立了考虑焊接微裂纹对钢桥面板疲劳性能劣化效应的结构体系疲劳抗力评估方法，并通过疲劳试验对所建立的评估方法进行了验证。在此基础上采用所建立的结构体系疲劳抗力评估方法对高疲劳抗力钢桥面板的疲劳开裂模式、疲劳抗力及其影响因素等相关关键问题进行系统研究。研究结果表明：焊接微裂纹的存在会显著降低钢桥面板的疲劳性能，导致主导疲劳开裂模式发生迁移；结构体系设计参数对纵肋与顶板双面焊构造细节和纵肋与横隔板新型交叉构造细节疲劳性能的影响有显著区别，其中纵肋与顶板双面焊构造细节的疲劳性能主要对顶板厚度的变化较为敏感，其疲劳性能随着顶板厚度的增加而显著提升，而纵肋与横隔板新型交叉构造细节的疲劳性能同时受多个参数的影响，其疲劳性能随着顶板厚度、横隔板厚度和纵肋高度的增大而提升，随着横隔板间距和纵肋底板与横隔板之间焊缝长度的增大而降低；传统钢桥面板的主导疲劳开裂模式为纵肋腹板与横隔板交叉构造细节围焊焊趾开裂，高疲劳抗力钢桥面板的主导疲劳开裂模式为纵肋底板与横隔板交叉构造细节纵肋焊趾开裂；相对于传统正交异性钢桥面板，高疲劳抗力钢桥面板结构实现了主导疲劳开裂模式的迁移，疲劳性能显著提高。     

铺装层对正交异性钢桥面板疲劳性能影响效应研究

为研究铺装层对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响,以港珠澳大桥标准联边跨跨中为背景,选择3类典型正交异性钢桥面板疲劳细节,考虑铺装层与钢桥面顶板的层间结合状态,铺装层的厚度、弹性模量、组成成分,建立该桥正交异性钢桥面板有限元模型,分析铺装层各因素变化下3类疲劳细节的应力幅变化;通过分析铺装层轮载扩散效应的扩散角对各疲劳细节应力幅的影响,提出合理扩散角,以此来考虑铺装层对钢桥面板的作用。研究结果表明,铺装层与钢桥面板间接触状态对正交异性钢桥面疲劳性能的影响较小;铺装层各参数对正交异性钢桥面板的疲劳性能影响较大;当进行钢桥面板抗疲劳设计时,可取轮载扩散角≤30°或采用BS5400所推荐的26.5°,或者偏安全地忽略铺装作用效应,以简化分析过程。     

正交异性钢桥面板典型疲劳细节变形与裂纹尖端应力分析

为了解车轮荷载作用对正交异性钢桥面板典型疲劳细节的影响,以长门特大桥为背景,采用有限元法建立正交异性钢桥面板节段模型及易开裂部位的子模型,分析在不同横向荷载分布下3处典型疲劳细节受力及面内外变形,得到各细节最不利加载位置。对最不利位置进行加载,分析疲劳裂纹尖端应力强度因子变化规律,研究不同疲劳细节裂纹类型及扩展能力。结果表明:单轮荷载作用下,横隔板弧形缺口位置会发生面内外变形,顶板-U肋焊根处以面外变形为主,横隔板间的顶板-U肋焊缝焊根位置面外变形最大。在裂纹较短时,随着长度的增加,弧形缺口裂纹从张开型裂纹逐渐转向张开型、滑开型混合裂纹,且横隔板处的顶板-U肋焊根裂纹为复合型裂纹,横隔板间的顶板-U肋焊根裂纹为张开型裂纹。横隔板弧形缺口裂纹和顶板-U肋焊缝焊根裂纹的尖端应力强度因子的最大值,分别出现在裂纹长度为20 mm和40 mm附近,该处裂纹较容易继续扩展。     

倒砌井受力理论分析与验证

以宜兴市农村污水改造工程设计的倒砌井为例,重点阐明圆形倒砌井的设计思路和设计理念、基坑高度适用原则,并推导出了适合圆形井的Von-Mises公式。运用该公式得出的解析解与用有限元软件得出的计算结果相近,对比误差在5%以内,可提供给工程技术人员对圆形井进行应力分析。     

马王槽主隧道与横通道交叉部施工受力特征数值模拟分析

通过采用三维有限元数值模拟主隧道与横通道组成空间复杂交叉结构的施工过程,得出横通道施工将导致交叉部开口一侧结构变形不对称增加,围岩拉应力区显著增大以及交叉连接部两侧应力集中的施工受力特征。与主隧道与横通道正交情况相比,二者以60°角斜交,应力集中系数将由1.5提高至2.0倍。从设计角度出发,尤其需要对斜交横通道锐角一侧,进行重点加固设计以确保施工期间交叉部结构的安全。     

曲轴齿轮静动载复合工况下弯曲应力及安全系数的计算

过盈装配的柴油机曲轴齿轮,其齿根部除承受工作应力外,还要叠加原始过盈装配应力。工作应力载荷源包括来自喷油泵、配气机构的脉动冲击载荷以及来自水泵、机油泵、发电机的持续载荷。通过对曲轴齿轮静、动载复合工况下齿根承载应力的综合计算,确定了该齿轮零件的弯曲疲劳强度安全系数,为柴油机曲轴齿轮的工程设计提供通用的设计思路及计算依据。     

高墩大跨曲线连续刚构桥的概念设计

为研究高墩大跨连续刚构桥的概念设计,基于实际设计项目,综合考虑桥梁的高墩、大跨、曲线桥特点和桥位处的强地震、高风速、严寒区等自然环境因素,从选线、桥型、景观、跨径、尺寸、刚度、稳定、抗震、施工、造价、材料和结构验算等角度出发,分析总结了高墩大跨连续刚构桥的设计思路及注意事项,从而为同类桥梁设计提供参考方法。     

拱涵收缩应力和温度应力分析

采用三维有限元模型，对混凝土拱涵进行温度场、收缩应力和温度应力分析。得出了混凝土收缩、高温季节日照以及铺涂沥青施工产生的温度应力分布和大小。结果表明，这类应力可能是工程中某些拱涵开裂的原因，值得充分重视。     

含应力吸收层的旧沥青路面加铺沥青层力学分析

基于旧沥青路面加铺沥青面层的结构特点,采用有限元方法对设置应力吸收层的加铺层结构进行荷载、温度及耦合条件下的力学分析,并进一步分析了应力吸收层厚度、模量对计算结果的影响。研究结果表明：设置应力吸收层后,加铺层的荷载、温度及耦合应力均有较大的降低;应力吸收层的厚度、模量在不同荷载条件下对加铺层拉应力、剪应力有不同的影响,对其自身的影响也不尽相同。在加铺设计和施工时,可选用低模量、高变形材料作为应力吸收夹层,但应综合考虑以选取合适的材料参数。     

振动时效技术在盾构刀盘制造中的应用

介绍振动时效处理技术的用途和国内外的研究现状,阐述振动时效技术的机理及实施过程中要注意的事项,并结合盾构刀盘的振动时效技术实践,分析其去除和均化刀盘焊接残余应力的效果。     

大跨钢斜拉桥疲劳性能研究现状与发展

该文综述了国内外钢桥疲劳研究的现状,针对斜拉桥的结构特点,分析了疲劳薄弱部位,着重讨论了钢斜拉桥疲劳性能研究的关键理论与关键技术。在此基础上,结合桥梁健康监测技术,对钢斜拉桥疲劳监测与评估系统进行了设计,并展望了该领域的研究前景。     

深埋特长隧道水压致裂法地应力测量与分析

对于深埋特长隧道,岩体的地应力状态直接关系到工程的稳定性。准确地测量地应力,对于预测岩爆等工程地质灾害有着重大意义。基于水压致裂法和室内岩体力学试验,研究了隧道围岩地应力状态,最后基于隧道地应力对岩爆发生的部位和等级进行了预测,为隧道的开挖与支护方案设计提供依据。     

箱梁顶板开洞引起应力集中的对比分析

以宁连高速公路淮安大桥为例,研究分析带孔工作的板单元有效宽度应力集中分布情况。运用有限元软件实体模拟并对比分析复杂应力状态下在箱梁顶板开洞其周边单元主拉应力的变化,对开凿洞口后的结构进行应力验算,并给出处理建议。