大跨径双层钢桁梁悬索桥主桁杆件疲劳寿命评估

为了探明大跨径双层钢桁梁悬索桥主桁杆件疲劳寿命,以某双层悬索桥为工程依托,采用MIDAS/Civil建立双层悬索桥全桥空间有限元模型,以荷载影响线原理为依据,获得了主桁各杆件应力幅最大单元的位置。通过ANSYS Workbench数值模拟出钢桁梁焊接交叉部位过焊孔构造细节S-N曲线,并确定出200万次循环对应的疲劳强度。悬索桥计算模型中以中国最新公路规范中的标准疲劳车为加载车辆,探明了主桁杆件200万次等效应力幅,并与理论计算出的S-N曲线200万次疲劳容许应力对比。结果表明主桁杆件最大应力幅小于200万次循环对应的疲劳强度,主桁杆件疲劳寿命满足设计要求,为桥梁的安全运营提供理论依据和技术支持。     

钢桁梁悬索桥整体节点数值疲劳研究

以湖北白洋长江大桥为工程背景,采用数值模拟的方式开展钢桁架整体节点疲劳性能研究。文中基于有限元软件midas Civil建立全桥模型,采用推导得到的482 kN标准疲劳车加载,确定最不利节点位置。基于英国规范BS5400和Miner线性累积损伤理论公式,计算得到最不利节点各杆件200万次等效轴力辐。使用ANSYS Workbench建立1∶4缩尺模型,对整体节点进行数值疲劳分析。结果表明,整体节点疲劳试验过程中,最小疲劳寿命为200万次,最小的疲劳安全系数为1.26,大于最低值1,故该整体节点的疲劳性能满足设计要求。     

坝陵河大桥钢桁加劲梁主横桁架焊接整体节点疲劳试验

贵州坝陵河大桥为主跨1088 m的单跨简支钢桁加劲梁悬索桥,钢桁加劲梁的主横桁架与主桁架上弦杆之间采用焊接整体节点连接.为研究该焊接整体节点的疲劳性能,进行了足尺模型疲劳试验.根据该桥设计交通量,采用BS 5400规范中的标准疲劳车,按损伤等效原则,并考虑多车效应及缩尺比例,推算了试验疲劳荷载.试验结果表明,经过200万次的循环加载后,节点模型未出现任何疲劳裂纹,应力状态稳定,结构疲劳性能满足设计要求.该焊接整体节点形式对我国今后大跨钢桁梁桥类似节点的设计和研究有重要参考意义.     

双层钢桁架悬索桥整体节点疲劳试验研究

大连星海湾大桥是中国首座双层钢桁架公路悬索桥,其主桁架杆件采用整体节点连接。为了掌握该桥整体节点的疲劳性能,对弦杆整体节点1∶2缩尺模型进行疲劳试验。参考国内外同类桥梁疲劳试验,采用英国规范BS 5400规定的标准疲劳车,确定疲劳试验荷载取值。在设定的试验荷载下进行200万次循环加载。在试验过程中每50万次循环加载后停机进行静载试验,并对模型重点部位进行裂纹观察。结合国内外相关规范,评估整体节点的疲劳安全性能。试验结果表明:实测应力幅基本为50 MPa以下,试验模型应力水平较低,疲劳加载200万次后,试验模型未出现裂纹。在结构使用寿命期间内和正常养护维修情况下,整体节点不会发生疲劳破坏。     

整体桥面结构连接细部模型双向受拉疲劳试验研究

南京大胜关长江大桥主桥为六跨连续钢桁拱桥,采用整体桥面板结构.制作钢桥面板和主桁下弦杆节点板连接细节足尺模型,分3个阶段进行疲劳试验.每个阶段疲劳试验完成后,以该阶段试验荷载上限进行静力试验.ANSYS分析结果显示,模型设计及加栽满足模拟要求,试验加载能够反映实际结构的受力状况.静力试验结果表明,各级荷载作用下模型均处于弹性阶段,卸载后基本没有残余应力.疲劳试验结果表明,在各加载循环次数下试验时,没有产生因为疲劳损伤影响应力重分布的现象;按给定的计算应力幅加载作用下,常幅加载寿命大于200万次;疲劳抗力大于试验设计荷载作用下的双向应力幅;连接细部具有足够的抗疲劳能力.     

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。     

美国塔科马海峡新桥的设计创新

华盛顿塔科马海峡新桥采用跨径布置为(426.7+853.4+365.8)m的钢桁梁悬索桥,上部结构采用焊接双主桁的钢桁梁与整体正交异性桥面板的组合结构,材料为AASHTO HPS50W和HPS70W高性能钢材.主缆跨中设置铰接式中央扣,桥塔处设置新型抗震摇杆支撑,全桥仅设2台检修车.桁架下弦杆下翼缘设计为检修车轨道,下平联与检修车轨道结合一体,仅在桁架偶数节点处设置竖杆,横梁采用变高度腹板.采用全尺寸物理模型验证过的方法进行正交异性板局部有限元分析；通过稳定分析和疲劳分析,评估了海上运输过程,对钢桁梁进行了加强设计.钢桁梁、桥塔、沉井等构件的设计都满足将来下层桥面布置车道或轻轨的需要.     

悬索桥钢桁加劲梁栓焊节点疲劳试验研究

悬索桥钢桁加劲梁栓焊节点处汇交杆件多,构造复杂,受力集中,为复杂的空间受力结构。介绍根据疲劳损伤理论确定疲劳试验荷载的过程,设计并制作1︰1.9的缩尺模型,对该模型进行200万次疲劳加载试验。试验结果表明:在完成循环加载200万次后,模型上各测点的应力状态稳定,没有发生开裂、损伤、疲劳裂纹萌生现象,且标准疲劳荷载作用下结构应力水平较低,小于我国规范规定的疲劳容许应力,因此该桥的栓焊节点结构在使用寿命期间及正常养护维修情况下,不会发生疲劳开裂,能够满足设计要求。     

体外预应力节段预制拼装混凝土梁疲劳试验研究

为研究体外预应力节段预制拼装混凝土梁的抗疲劳性能,设计制作了1∶3缩尺模型,进行设计荷载下的疲劳模型试验研究。综合对比国内外多种疲劳荷载计算方法,确定试验疲劳等效荷载;在此基础上,进行了体外预应力节段预制拼装混凝土梁的抗疲劳理论分析和200万次疲劳加载试验。理论分析结果表明,节段预制拼装梁包含的混凝土和体外预应力构件抗疲劳能力具有较大余量,不控制结构的耐久性;试验结果表明,模型在200万次疲劳加载后,各部位均未发现疲劳裂纹,模型的力学特性未随循环次数的增加而发生明显改变,验证了结构设计的合理性和安全性。     

黑龙江大桥锚箱式索梁锚固结构疲劳性能试验研究

黑龙江大桥锚箱式索梁锚固构造特殊且必须长期在低温环境下使用,其疲劳性能及耐久性值得关注。采用有限元计算分析与模型疲劳试验相结合的方法,通过增大疲劳验算的荷载幅值的方法,研究低温运营环境下索梁锚固区的应力分布及疲劳性能。结果表明:在考虑温度效应的最不利荷载幅作用200万次后,模型主体结构即锚箱及传力焊缝附近板件的力学性能未发生改变;该锚箱结构设计合理,具有良好的抗疲劳性能和足够的安全储备。     

公路钢桥精细化抗疲劳设计方法及其应用

提出公路钢桥细节精细化抗疲劳设计方法,通过整体结构活载分析确定全桥疲劳关键部位,综合交通量调查及国外相关规范选取等效疲劳车进行移动荷载时程分析,确定关键部位构件的内力幅,建立关键部位局部分析模型进行热点应力幅分析,然后根据特定类型细节构造的S～N曲线计算其疲劳寿命,最后结合设计年限内交通量状况对结构抗疲劳能力进行评估.天津海河国泰桥抗疲劳设计评定的算例分析表明,本方法思路清晰,计算简单,便于工程设计人员掌握;参考不同的国外规范进行设计,其疲劳安全性相差不大,AASHTO标准略为保守.     

杨泗港长江大桥正交异性钢桥面铺装层仿真分析

为准确把握杨泗港长江大桥正交异性钢桥面铺装层的受力变形特性,文中通过建立杨泗港长江大桥钢桥面铺装层仿真分析模型,对钢桥面铺装层的荷载效应进行分析,得出车辆荷载作用下钢梁桥面板应力集中最不利梁段为中部附近的正交异性板段,且横肋顶部附近的横向荷位是最不利荷位。     

武汉杨泗港长江大桥成桥状态的统一悬链线计算方法

针对采用分段悬链线法计算悬索桥主缆成桥状态的缺陷,以武汉杨泗港长江大桥主桥(主跨1 700m的钢桁梁双层悬索桥)为背景,提出一种新的悬索桥主缆成桥状态计算方法。该方法基于传统分段悬链线理论对索段进行受力分析,推导出全桥索段的统一悬链线方程,以主缆斜率最小点作为计算起始点,根据主缆线形与斜率的关系和变形相容条件建立方程,利用主缆张力的水平分力与垂度的变化规律求解方程。该方法能保证对平面悬索桥的缆索结构求解收敛。根据该方法编写程序对杨泗港长江大桥主桥主跨主缆的成桥状态进行分析,并与分段悬链线法的计算结果进行对比,结果表明该方法正确可行。该方法的计算结果已成功应用于杨泗港长江大桥主桥的设计中。     

景区人行悬索桥受力特征研究

为研究景区人行悬索桥受力特征,探讨结构最不利工况,完善相关桥梁设计方法,以张家界某人行悬索桥为背景,通过有限元软件建立全桥模型分析了人群均布、15人跑步、15人跳跃、15人偏心跑步、15人偏心跳跃、15人跑步共振和15人跳跃共振7种荷载工况下结构的受力性能,并通过与相同跨径和结构参数的双链悬索桥进行对比,给出景区人行悬索桥设计相关的建议。结果表明:人行荷载对人行悬索桥结构的影响较大,可能成为结构最不利工况,应在设计中予以重视;偏心人行荷载较普通人行荷载更为不利,建议由管理入手,避免此类工况的发生;人行荷载与结构发生共振时,加劲梁的应力及变形大幅增加,易导致悬索桥的倒塌;双链结构能够提高悬索桥的竖向刚度,减小人行桥在静载下的应力及变形,并在一定程度上改善结构在动力荷载作用下的受力性能。     

疲劳荷载模型Ⅲ下的公路钢结构桥梁疲劳性能分析

结合《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)疲劳荷载模型Ⅲ,以某城市高架分离式双箱钢箱梁正交异性桥面板为研究对象,建立其正交异性桥面板的精细化分析模型。通过有限元方法得到U肋疲劳敏感细节在疲劳荷载模型Ⅲ下的应力分布,验算了其疲劳强度。分析结果表明:正交异性钢桥面板疲劳强度满足抗疲劳设计要求。在疲劳荷载模型Ⅲ作用下,悬臂板处U肋疲劳细节的等效应力幅较箱内和横梁处大,悬臂板处U肋构造细节相对其余位置更容易发生疲劳损伤,为钢箱梁抗疲劳设计验算的控制部位。同时,钢箱梁大悬臂下翼缘疲劳应力幅值较大,设计时需引起重视。     

武汉杨泗港双层钢桁梁悬索桥施工技术

武汉杨泗港长江大桥采用主跨1 700 m的单跨双层钢桁梁悬索桥.针对桥梁设计特点,在施工中运用了"超厚硬塑黏土层大型沉井下沉施工、托架法架设猫道缆索系统、大跨度悬索桥主缆双线往复式牵引系统、大节段全焊拼装新工艺和千吨级整体吊装"等一系列技术,确保了大桥施工安全.     

正交异性钢-UHPC组合桥面板剪力连接件抗疲劳性能分析

以某特大桥为依托,采用有限元方法计算了大桥钢箱梁节段模型中,正交异性钢-UHPC组合桥面板在轮轴荷载作用下其剪力连接件在横桥向间距由原设计的150 mm增加至300 mm时的应力分布特征及应力影响面;基于雨流法和Miner疲劳损伤累积理论,计算了组合桥面板剪力连接件在设计疲劳荷载下的等效应力幅与疲劳累积损伤度。结果表明,优化后的剪力连接件抗疲劳性能满足规范要求。在此基础上,研究了组合桥面板剪力连接件的直径、间距对其疲劳性能的影响,结果表明,栓钉剪力连接件的直径由13 mm增大到19 mm时,剪力连接件的应力幅值及抗疲劳性能基本保持不变;剪力连接件的横向间距由300 mm增加至600 mm,纵向间距由200 mm变为400 mm时,其应力幅值普遍有所增大,但依然满足在大桥设计寿命期内抗疲劳设计使用要求。     

黄冈公铁两用长江大桥主桥钢梁设计

黄冈公铁两用长江大桥主桥为(81+243+567+243+81)m五跨连续钢桁梁斜拉桥。该桥采用塔墩固结、塔梁分离的结构体系;采用双层钢桁梁结构,上层为双向4车道高速公路,桁宽27.5m,下层为双线铁路,桁宽16m;钢桁梁采用倒梯形斜主桁断面,桁高15.5m,节间长13.5m;主桁为N形桁架,主桁上、下弦杆均采用平行四边形截面,斜杆采用平行四边形截面或斜工字形截面;节点为焊接整体节点,节点位置的杆件均采用等强对拼连接,斜拉索通过内置式钢锚箱锚固在上弦节点内部;公路及铁路桥面系采用板桁结合的正交异性板整体桥面系;在上弦节点位置设置三角形桁架式横向联结系。     

节点疲劳破坏试验中的高强螺栓力学性能分析

重庆朝天门长江大桥是主跨552m钢桁连续系杆拱桥,下层轨道横梁与主桁节点采用高强螺栓连接,为验证该节点连接的疲劳安全性能,采用1/2的大比例模型进行了节点疲劳试验。在设计寿命的200万次疲劳试验中,节点连接的高强螺栓没有出现松动,接下来的85万次疲劳破坏试验中,节点连接处的高强螺栓出现松动和失效。通过对连接板件撬力的计算,得出撬力与螺栓拉力占比例达到了34%～38%,并进一步对高强螺栓连接的内力进行计算,求得外荷载为设计疲劳荷载幅的2.5倍时高强螺栓失效,与实验结果相符合。最后总结了该类节点连接的高强螺失效原因,并归纳了破坏规律,为将来该类桥梁的设计、监测提供参考。     

正交异性钢桥面板与U肋焊接处应力分布规律研究

为了分析正交异性桥钢面板中桥面板与U肋焊接部位应力分布规律,以宁波市象山港大桥钢箱梁为研究背景,利用Midas Civil及Midas FEA建立全桥整体及钢箱梁局部节段有限元模型,采用现行《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)中的疲劳荷载车模型,依次计算焊脚处桥面板、U肋的纵横向应力及其应力幅,并与现场实测数据进行比较和分析。分析结果表明:疲劳正应力计算结果满足规范要求;疲劳荷载作用下,焊脚处桥面板、U肋纵向应力的交变循环作用对正交异性钢桥面板的疲劳寿命影响更为显著,而横向应力对焊脚处裂缝的产生及发展有一定影响;局部轮压对桥面板应力的影响较大,应以最不利布置(HX2)进行设计计算。