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。     

国内外规范对钢桥面板疲劳评估的适用性分析

为了研究国内外规范对钢桥面板疲劳评估的适用性,开展现场监测获取钢桥面板疲劳应力谱,根据不同规范中疲劳强度等级和S-N曲线进行疲劳寿命计算,并研究低应力幅对疲劳寿命评估结果的影响。研究结果表明:AASHTO规范中钢桥面板细节疲劳强度等级较高,评估结果偏于不安全;三线性S-N曲线型式评估结果相比于双线性S-N曲线更为合理、可靠;低应力幅对疲劳寿命评估结果影响显著,在使用过程中应将现行规范中截止限下延至0.5σL进行疲劳寿命评估。     

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。     

基于热点应力法的正交异性钢桥面板疲劳寿命评估

<正>交异性钢桥面板构造复杂,其疲劳性能由各疲劳细节共同决定,既有规范推荐的寿命评估方法已不能满足设计要求。为准确评估其疲劳寿命,引入热点应力法,根据Eurocode规范确定疲劳检算加载工况和荷载谱;采用国际焊接协会IIW推荐的外推方法,计算其关键易损部位热点应力谱;采用泄水法对热点应力谱进行分析,通过热点应力S~N曲线和线性累积损伤理论计算其寿命。以某城市立交桥典型正交异性钢桥面板为研究对象,采用热点应力法评估其疲劳寿命。结果表明:该桥的疲劳寿命为103年,满足设计要求且有一定安全储备量;与名义应力法相比,热点应力法能够有效避免复杂应力状态下名义应力难以定义的问题,更适用于正交异性钢桥面板的寿命评估。     

不同腐蚀率下钢筋混凝土梁的疲劳S-N曲线研究

钢筋混凝土梁中钢筋腐蚀对疲劳的影响不容忽视,针对目前不同腐蚀下钢筋混凝土梁疲劳性能研究较少的情况,介绍了4种疲劳寿命评估方法,并以名义应力疲劳寿命评估法为理论基础,对国内以前做的部分钢筋混凝土梁疲劳试验结果进行了分析,采用应力幅作为钢筋混凝土梁的疲劳参数,取保证概率为95%,拟合了4种不同腐蚀下钢筋混凝土梁的疲劳S-N曲线,并进行对比分析,可为相关研究提供一定的参考。     

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。     

基于nCodeDesignlife的电池箱疲劳寿命研究

针对电池箱对振动疲劳耐久性能的要求,结合国标中随机振动的加速度功率谱密度函数和材料的S-N曲线,采用Miner线性累积损伤理论和Dirlik疲劳寿命计算方法,对电池箱进行随机振动条件下的疲劳寿命分析。     

铁路混合梁斜拉桥索梁钢锚箱受力分析与试验研究

宁波铁路枢纽北环线甬江特大桥为主跨468m的混合梁斜拉桥,基于双线铁路活载重、桥面窄、列车运营安全性和旅客乘坐舒适度要求高,研究采用了一种新型双挑式索梁钢锚箱,集结构功能与风嘴功能于一体,相比传统单挑式锚箱具有抗弯抗扭刚度大、疲劳性能优良的特点。为系统分析新锚箱结构受力特性,通过建立有限元模型,分析索梁钢锚箱的受力特点与传力特性,并制作1∶1足尺局部钢锚箱模型,进行200万次疲劳验证试验及100万次疲劳破坏试验。研究结果表明,双挑式索梁钢锚箱应力与荷载呈线性关系,试验模型未发现裂缝,验证了结构设计的合理性和安全性,是一种适用于双线铁路大跨度斜拉桥的合理索梁钢锚箱形式。     

锈蚀钢丝疲劳断口分析与寿命预测

为了研究桥梁锈蚀高强度钢丝的疲劳性能以及疲劳断裂机理,并为基于断裂力学理论的锈蚀高强度钢丝疲劳寿命评价提供试验依据,以服役10余年的漂浮结构体系的拱桥吊杆退役钢丝及人工加速腐蚀钢丝为试验样本,对这2类钢丝进行了不同应力幅下的疲劳试验;利用扫描电镜分析了锈蚀钢丝的疲劳断口形貌特征以及疲劳断裂失效过程,对比分析了2类锈蚀钢丝疲劳源的蚀坑尺寸;考察了2类锈蚀钢丝初始裂纹应力强度因子及剩余断裂韧性,并与既有的钢丝疲劳阈值和断裂韧性指标进行了比较;采用三参数公式对锈蚀钢丝应力-寿命(S-N)曲线进行了拟合,对比了不同锈蚀程度钢丝S-N曲线的差异;针对锈蚀钢丝高应力幅的疲劳寿命特征,运用线弹性断裂力学方法对其进行了分析。结果表明:随着腐蚀程度的增加,钢丝的疲劳性能下降;表面蚀坑分布较密时,容易诱发多源裂纹并表现出不规则的裂纹扩展规律;萌生主裂纹的蚀坑阈值条件主要由疲劳裂纹扩展阈值ΔK_(th)控制;锈蚀钢丝S-N曲线在低应力范围下出现拐点,符合三参数公式的拟合规律;锈蚀钢丝的裂纹扩展寿命所占比例较大,基于一定初始裂纹尺寸假设得到的疲劳裂纹扩展寿命SN曲线能较好地反映锈蚀钢丝中等寿命区的平均疲劳行为。     

汽车钢板弹簧台架试验与疲劳分析

基于损伤等效原则,用台架试验方法分析和预测钢板弹簧在试验场的疲劳寿命。首先通过台架试验建立钢板弹簧的应力寿命S-N曲线,在试验场载荷谱数据采集的基础上,分析钢板弹簧台架试验次数与整车试验里程之间的当量关系,预测钢板弹簧是否满足整车使用条件,并在试验场进行整车道路试验验证。试验结果表明采用零部件S-N曲线和载荷谱结合方法,能够通过台架试验较准确预测钢板弹簧在试验场的使用寿命。     

一种新疲劳模型在疲劳寿命评估中的应用

针对Miner准则在进行疲劳寿命评估时,忽略荷载次序效应而导致评估结果不可靠的情况,引入基于次序定律的新损伤识别指数Di,提出一种新疲劳模型。该模型考虑了加载历程,等级i下的循环数ni引起的损伤取决于之前的加载。为了解新疲劳模型的评估效果,考查了2个Whler曲线模型,对比分析不同加载情况下新疲劳模型预测结果、文献数据、Miner准则预测结果和试验结果。结果表明,新疲劳模型的预测结果与试验结果及文献数据符合较好,Miner准则预测结果偏大。使用基于次序定律的新疲劳模型可以得到更精确的疲劳寿命,很好地指导结构的设计。     

高性能组合桥面板中短栓钉疲劳性能的研究

为探寻高性能组合桥面板中短栓钉的疲劳性能和损伤演化及其评价方法，引入UHPC及短栓钉材料损伤模型的本构关系，利用ABAQUS软件选用显示求解算法对短栓钉抗剪疲劳推出试验进行有限元模拟，研究短栓钉的疲劳性能，并对其寿命进行评估；基于数值模型探究循环加载应力比和直径对短栓钉疲劳性能的影响。研究发现，基于多轴疲劳评估准则预测的短栓钉疲劳寿命与试验值基本吻合，验证了该准则的有效性及数值模型的正确性；UHPC结构层与短栓钉的损伤具有明显的局部特征及累积效应；应力比对短栓钉疲劳性能影响显著，增大循环加载应力比，可显著提高其疲劳寿命值；增大短栓钉直径对短栓钉疲劳性能的改善程度有限。     

基于名义应力法的疲劳卡片构建方法研究

基于有限元的疲劳寿命预测可应用于各行业,疲劳寿命预测精度的提高,离不开有效的材料疲劳卡片,疲劳卡片反映了载荷水平与疲劳寿命的关系。通过设计合理的材料试样的疲劳试验,结合试验与有限元计算,计算不同损伤参量创建应用于疲劳寿命分析的材料疲劳卡片,同时对疲劳卡片的仿真精度进行了验证。结果表明,基于名义应力法构建的疲劳卡片具备较高的预测精度,结合材料试验数据与仿真结果构建的多应力比S-N疲劳卡片,可用于其他适用于应力疲劳分析的零部件疲劳寿命分析,为提高零部件疲劳寿命预测精度提供新的技术途径,为零件的前期结构设计提供参考,可在不同领域进行推广并开展进一步分析研究。     

钢-UHPC组合桥面板中焊接栓钉的疲劳性能及设计布置方法

钢-超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete, UHPC)组合桥面板中焊接栓钉在实现UHPC层协助正交异性钢桥面板受力进而缓解疲劳开裂方面发挥着重要作用。为探究组合桥面板中栓钉的疲劳性能，开展了钢-UHPC组合桥面板足尺节段梁式疲劳试验，揭示了栓钉的疲劳破坏模态。基于梁式疲劳试验结果，分别采用线性回归法及考虑溜号样本影响的极大似然法建立了栓钉抗剪S-N曲线，并与UHPC层中栓钉推出疲劳试验的S-N曲线进行了对比。探讨了现有设计规范中栓钉抗剪S-N曲线与所建立的S-N曲线的差异。针对混凝土材料性能对栓钉疲劳性能的影响，提出了可量化该影响因素的栓钉抗剪统一的S-N曲线。研究结果表明：疲劳破坏发生在栓钉-钢顶板焊接热影响区附近；破坏模态可分为单一型模态及复合型模态，破坏模态不受混凝土材料性能、试验方法(梁式试验或推出试验)及栓钉几何尺寸的影响。基于极大似然法具有95%存活率的S-N曲线略高于线性回归法，且2种方法200万次疲劳寿命对应的抗剪疲劳强度分别为162、158 MPa,远高于推出疲劳试验值103 MPa。现有设计规范在应用于钢-UHPC组合桥面板...     

考虑低载荷强化效应的汽车转向节疲劳分析

本文中基于试验场强化道路实车测试,结合零部件有限元动力学仿真和疲劳耐久性能仿真,探求考虑小载荷强化效应与Miner准则两种疲劳分析方法对汽车零部件疲劳寿命预测的差异性。通过室内实车振动测试与有限元仿真联合分析,确定前转向节疲劳损伤危险点(即路试应变监测点);提取试验场强化道路实测应变监测点应变时间历程,经过预处理、时域加速、雨流矩阵外推和载荷谱分级得到10级等效应力谱。结合低载荷强化理论和线性累积损伤理论对10级等效应力谱的疲劳效应和损伤效应进行分析,相对于传统Miner准则而言,考虑了小载荷强化效应使构件在加载过程中疲劳极限呈现上升规律,进而需要修正构件S-N曲线(简化),较初始S-N曲线向上偏移,基于修正后构件S-N曲线并应用线性疲劳损伤累积理论预估的转向节疲劳寿命较Miner准则提高了40.6%。此种方法考虑了材料强化行为的影响,一定程度上弥补了Miner理论未考虑各级载荷间相互影响和材料硬化瞬态行为影响的缺陷,对实际零部件疲劳寿命估计与轻量化设计提供新的参考。     

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。     

基于轮式滚动加载的正交异性钢桥面板疲劳试验设计

能模拟车辆荷载通过效应的疲劳模型试验是研究正交异性钢桥面板疲劳性能的有效手段。利用国内首台自主研发的桥面结构专用轮式滚动疲劳加载装置,以广东虎门二桥坭洲水道桥为依托工程,研究了基于轮式滚动加载的正交异性钢桥面板疲劳试验设计问题。首先,根据实桥交通需求分析,合理确定实桥疲劳荷载谱;其次,计算疲劳敏感部位热点在疲劳荷载谱各车型作用下的应力历程,采用雨流计数法计算应力谱,根据Miner疲劳损伤累积理论转化为每种车型通过1次的等效应力幅,结合交通量预测计算实桥各构造细节在设计寿命期内的疲劳累积损伤;最后,根据设备性能参数,分别计算橡胶轮双轴加载和钢轮单轴加载下试验模型各细节的等效应力幅,通过与实桥钢桥面板各细节的疲劳累计损伤等效,从而确定试验加载轴类型、加载水平以及对应各细节的等效作用次数。研究成果对改进正交异性钢桥面板疲劳试验设计有重要参考意义。     

基于Corten-Dolan累积损伤准则的等效等幅疲劳应力幅值计算方法

利用Miner线性累积损伤准则和Corten-Dolan累积损伤准则,按照多级变幅荷载或随机荷载损伤度相等的原则,推导出了等效的等幅疲劳应力幅值计算公式,介绍了该公式应用于疲劳细节评估或疲劳寿命估算的方法。利用钢筋混凝土梁疲劳试验得到的S-N曲线和S-N方程,针对同批3根钢筋混凝土梁的随机疲劳试验结果,对该公式及方法进行了检验。结果表明,该公式计算结果具有较高的精度,与试验结果较接近且偏安全。该公式操作较方便,适合工程应用。     

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。     

道路载荷谱的压缩与强化

本文以新能源纯电公交车用减速箱为例,描述了对减速箱进行疲劳寿命试验的必要性。通过等量疲劳损伤理论和材料S-N曲线,研究了如何对原始道路载荷谱进行压缩和强化。