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。     

海洋环境下耐候钢十字非传力焊接接头腐蚀疲劳性能试验研究

腐蚀疲劳严重危害在役钢桥服役安全。为研究海洋环境下耐候钢桁梁桥焊接节点的腐蚀疲劳性能,对23个Q420qFNH耐候钢十字非传力角焊缝焊接接头进行实验室干/湿交替中性盐雾加速腐蚀及腐蚀后疲劳试验,采用失重法得到试件的失重率和腐蚀速率,对接头腐蚀形貌及疲劳断裂失效的宏观断口形态进行分析,拟合得到经历不同腐蚀时长后试件的名义应力和热点应力S～N曲线。结果表明：耐候钢十字非传力角焊缝焊接接头疲劳裂纹均萌生于焊趾处并沿板厚扩展失效,疲劳寿命由焊缝控制,接头焊趾附近腐蚀坑的形成与生长加剧了焊接接头的疲劳裂纹萌生;焊接接头的疲劳性能劣化程度随腐蚀损伤效应的增加而增加,但疲劳强度折减量与腐蚀时间并未呈线性关系,锈层逐渐具有保护性;未腐蚀前名义应力和热点应力疲劳强度等级分别建议采用《公路钢结构桥梁设计规范》中的FAT80和Eurocode 3规范的FAT110进行评估,腐蚀后的疲劳强度折减量建议参照美国耐候钢桥指南规定C类细节选取。     

大跨径双层悬索桥钢桁梁整体焊接节点疲劳分析与试验

为了给大跨径钢桁梁悬索桥抗疲劳设计提供依据,针对杨泗港长江大桥钢桁梁采用的整体焊接节点,开展了多轴疲劳荷载作用下整体焊接节点的有限元疲劳分析和试验研究。首先通过建立全桥有限元模型,基于英国BS 5400规范和Miner准则,获得了在标准疲劳车作用下全桥最不利整体节点及其各杆件200万次等效疲劳轴力幅;其次建立最不利整体节点空间精细化模型,通过对各轴向杆件施加200万次等效疲劳轴力幅,进行了多轴荷载下整体节点的疲劳性能分析;最后基于相似理论,设计了1∶6的整体焊接节点缩尺模型,进行多轴荷载下的疲劳试验研究。结果表明:位于距主塔297m距离的F34节点为疲劳最不利下弦杆整体节点;F34节点最大Von-Mises应力在78.8~130.6 MPa,小于设计规范的疲劳强度;200万次的模型疲劳加载试验过程中,未发现任何疲劳裂纹产生,各测点的应力值与理论值误差小于7.8%;杨泗港长江大桥钢桁梁整体焊接节点疲劳性能满足设计要求,研究成果对大跨径双层悬索桥抗疲劳设计具有直接的指导作用。     

长寿长江大桥设计

介绍渝怀铁路长寿长江大桥设计。大桥上部结构采用下承式连续钢桁梁的双线铁路桥梁，桥梁结构用钢为14MnNbq钢、16Mnq钢；主桁采用整体节点技术；支座为铰轴滑板钢支座；钢梁使用了长效防腐涂装体系；钢梁安装采用单层吊索塔架悬拼施工，悬臂跨度长达192m；钢桁梁悬臂拼装时采用了预应力后锚技术；主墩深水基础采用双壁吊箱围堰施工。     

公路桥梁检测及评价技术综述

为了推动中国公路桥梁检测和评价技术的进步,对桥梁结构检测、评价技术的现状及发展进行了综述。介绍了桥梁外观损伤、内部缺陷以及几何与力学特性的检测原理、内容和方法,对PC桥梁预应力综合检测技术的现状进行了重点评述;同时,总结了在役RC桥梁、PC桥梁安全性评价方法以及钢桥疲劳寿命评价的最新研究进展。综合分析表明:在桥梁检测技术方面,智能化无损检测是桥梁检测的发展方向,尤其是以图像识别技术、声波CT技术等为代表的智能检测技术在桥梁外观损伤、内部缺陷检测中的应用越来越广泛;而以预应力定位、锈蚀、压浆密实度和钢束张力为特征的预应力综合检测技术,可为在役预应力混凝土承载力评价提供重要手段;在混凝土桥梁评价技术方面,以裂缝特征、有效预应力状况为特征的混凝土桥梁损伤评价方法;为大量在役损伤混凝土桥梁的安全性量化评价提供了可能;在钢桥疲劳寿命评价方面,基于疲劳构造细节S-N曲线的名义应力法仍是钢桥疲劳评价的主要方法,但基于现代裂纹检测手段的断裂力学方法已成为今后钢桥疲劳寿命评价的热点。     

基于WIM数据和断裂力学方法的钢桥疲劳强度评估

为了准确评估钢桥焊接结构的疲劳强度,基于断裂力学K判据对于高周疲劳的适用性分析,采用Pairs公式并结合有限元方法和G*积分理论,计算获得了钢桥典型构造细节的应力强度因子表达式。结果表明:钢桥棱角焊缝构造细节和T形接头对接焊缝构造细节的应力强度因子均与结构裂纹尺寸密切相关,其表示式可以由裂纹尺寸、工作应力及结构尺寸等参数联合表达。以构造细节的应力强度因子为基础,计算得到了典型构造细节的等效200万次疲劳强度,并与各国规范及疲劳试验结果进行了对比分析。结果表明:采用断裂力学方法获得的疲劳强度结果与规范值及试验值均吻合良好,对应棱角焊缝构造细节的计算偏差基本在10%以内;对应T形接头对接焊缝细节的计算偏差在20%以内,且T形接头构造细节的疲劳强度远低于棱角焊缝构造细节的疲劳强度,设计和施工中需引起重视。基于坝陵河大桥动态称重系统实测数据,计算获得了钢桁梁节点构造的等效应力幅,并采用上述断裂力学方法评估了该节点构造的疲劳强度和寿命。通过坝陵河大桥节点疲劳模型试验,进一步验证了该方法在钢桥疲劳强度评估上的适用性,研究成果可为钢结构桥梁的强度评估提供借鉴和参考。     

润扬大桥钢桥面铺装层力学分析

桥面铺装是桥梁行车体系的重要组成部分，它对桥梁耐久性，保证行车安全，舒适度以及经济效益和社会效益有着极其重要的作用，是大跨径钢桥建设中的一项关键技术，该项技术也是大跨径钢桥建设的世界性难题。本文采用通用有限元分析软件SAP93程序对润扬大桥钢桥面铺装层进行力学分析，研究了沥青混凝土铺装层的应力，应变和变形分布的变化规律，根据分析结果，提出润扬大桥及类似大桥钢桥面铺装的设计指标。     

金安金沙江大桥板桁结合梁桥面板高精度安装方法

金安金沙江大桥主跨采用板桁结合式钢桁梁,钢桁梁由钢桁架和正交异性钢桥面板两部分组成,正交异性钢桥面板与钢桁架通过栓焊结合方式组成整体。桥面板采用工厂分块加工,工地组焊,板单元横向共划分10个单元,次横梁共划分6个单元,纵梁共划分12个单元。桥面板工地焊接是钢桁梁施工质量控制的关键。     

基于实测应力谱的公路钢桥疲劳分析方法研究

随着我国公路钢桥服役时间的增长,为保证钢结构桥梁的结构安全,基于实测的疲劳应变数据,对公路钢桥应力谱获取及疲劳寿命分析进行了研究。通过对信号的滤波、峰值提取,剔除小应力循环及对基线漂移等处理后,可极大提高疲劳分析的效率和准确性。以上海市卢浦大桥为例,将应变时程数据处理为应力时程数据后,结合雨流计数法,得到桥梁的应力谱,并利用S-N曲线和线弹性损伤累计理论,对桥梁的疲劳寿命进行分析。     

基于数值仿真的钢桁桥疲劳分析及剩余寿命评估

我国在桥梁建设早期,修建了大量钢桁架桥梁。随着我国交通事业的快速发展,车辆数量和载重量都有较大增加,有些老桥在重载反复作用下出现了严重的疲劳现象。结合重庆嘉陵江牛角沱大桥实际工程,采用MidasFEA有限元软件,对节点和杆件进行数值模拟,分析对比应力在未修正和修正情况下的疲劳循环次数,并利用杆件的疲劳应力谱和应力-寿命（5-N）曲线计算桥梁的剩余寿命。     

钢桥、钢—混结合梁桥的发展及其应用实例

简述钢桥及结合梁桥的发展,介绍了钢—混结合梁桥的特点、分类、适用性及经济性比较;详细介绍了德国有代表性的5座钢—混结合梁桥;提出我国桥梁应向钢桥及钢—混结合梁桥发展。     

老龄钢桥工作状态模拟与疲劳寿命

为评估老龄钢桥的剩余寿命与使用安全，首先要建立能够精确模拟桥梁目前使用状态的工作模型，以准确计算桥梁中疲劳细节应力。在对桥梁所承受的交通荷载进行调查统计分析的基础上，建立能代表真实运营状况的车辆交通荷载谱，以模拟结构所承受的荷载历程。以上海市浙江路桥为例介绍老龄钢桥工作状态模拟、荷载谱模拟与疲劳寿命评估的基本方法。     

基于规范理解的正交异性钢桥面横隔板弧形缺口局部区域疲劳验算

针对横隔板弧形缺口局部区域疲劳开裂问题严重,采用名义应力法进行疲劳验算名义应力难以确定,以及中国JTG D64-2015《公路钢结构桥梁设计规范》关于名义应力表述不清等问题,探讨了基于规范的正交异性钢桥面横隔板弧形缺口局部区域的疲劳验算方法。首先,对比分析了JTG D64-2015《公路钢结构桥梁设计规范》(后文称《公路钢桥规》)与欧洲Eurocode规范的各疲劳设计条款的异同,指出了中国《公路钢桥规》各疲劳设计条款的主要来源及其与欧洲规范各疲劳设计条款的相应关系,以及中国规范中抗疲劳设计条款的不足;其次,介绍了欧洲规范关于横隔板弧形缺口母材处以及横隔板与U肋连接处角焊缝名义应力的相关计算方法;最后,通过算例介绍了如何应用名义应力法验算横隔板弧形缺口母材以及角焊缝处的疲劳强度。     

钢桥疲劳分析基本理论综述

疲劳是钢材在重复荷载所引起的反复应力作用下，在材料传力途径有局部缺陷或疵点处逐渐形成裂纹并扩展到断裂的一种行为。由于桥梁应用材料科学理论发展的不完善、材料本身的缺陷、施工技术、施工方法、施工质量问题、车辆超载等方方面面的原因，许多桥梁都发生了疲劳破坏。因此本文对钢桥疲劳验算采用的荷载及加载方式和疲劳分析方法作了一些探讨和研究。     

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。     

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。     

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。     

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.     

正交异性钢桥面板的疲劳寿命评估

钢桥疲劳是由于各种车辆轮载反复作用引起的累积损伤过程，很容易疲劳开裂，因此疲劳验算是钢桥面板设计中的一项重要任务。利用静力试验的应力结果，并结合ANSYS有限元数值计算，提出了闭口纵肋正交异性钢桥面板的疲劳验算方案，在理论上对钢桥面板进行了寿命的具体分析。     

铺装层对钢桥面板纵肋连接细节疲劳性能的影响

钢桥面板疲劳问题是目前钢桥研究的热点课题之一,其中面板纵肋连接细节是钢桥面板危害较严重的疲劳细节。铺装层与面板共同受力决定面板纵肋连接细节的疲劳应力。为分析铺装层对该细节的影响,以国内某大跨度钢桥为对象,建立了疲劳分析有限元模型。计算结果表明：当钢桥面板厚度为16mm时,考虑铺装层受力后,面板纵肋连接细节最大疲劳应力幅由45.3MPa降低至36.7MPa。不同季节造成的铺装层刚度变化对该细节疲劳性能的影响不能忽略。