双面V形角焊缝焊接细节热点应力集中系数

该文以某钢桁结合梁斜拉桥为研究背景,基于外推法和Dong氏法,研究了双面V形角焊缝焊接细节热点应力集中效应,确立了热点应力计算方法,分析边界条件、网格划分对热点应力集中系数的影响。结果表明:边界条件对计算结果影响不明显,网格划分密度对计算结果影响较大,需予以重视。     

钢梁十字形焊接细节的应力集中效应研究

为了探究钢梁十字形焊接细节应力集中系数的影响因素,针对带过焊孔的焊接细节(焊接细节1)和对接焊缝错开的焊接细节(焊接细节2)制作试件进行模型试验,并采用ANSYS软件建立有限元模型,分析各焊接细节腹板、翼缘板和焊缝的应力集中系数,研究焊脚尺寸、过焊孔半径、焊缝宽度、焊缝余高、板件间隙宽度和间隙长度对各部件应力集中系数的影响。结果表明:焊接细节1各部件的应力集中系数均比焊接细节2的大;2种焊接细节典型测点的应变实测值与计算值基本吻合,相差均小于15%;对于焊接细节1,过焊孔半径对各部件的应力集中系数均有较大影响,板件间隙宽度对焊缝的应力集中系数影响显著,焊脚尺寸和板件间隙长度对各部件的应力集中系数影响较小;对于焊接细节2,仅对接焊缝余高对腹板的应力集中系数有显著影响,其余因素对各部件应力集中系数的影响均较小。     

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％.     

基于健康监测数据的斜拉桥索梁锚固区焊缝疲劳萌生寿命预测

针对斜拉桥在通车运营不久就萌生疲劳裂纹的现象，以苏通长江大桥为工程背景，在建立焊接细节精细化有限元模型、分析焊接细节缺口应力集中系数和疲劳缺口系数的基础上，基于健康监测实测数据和局部应力应变法理论对索梁锚固区焊接细节处的疲劳裂纹萌生寿命进行预测。考虑到索梁锚固区焊接细节存在高值残余应力，分析了焊接残余应力对焊接细节疲劳裂纹萌生寿命的影响。研究结果表明，与下锚固板相连外腹板焊趾处的疲劳裂纹萌生寿命短于与上锚固板相连外腹板焊趾处的疲劳裂纹萌生寿命；焊接残余应力对疲劳裂纹萌生寿命的影响较大；考虑残余应力的疲劳裂纹萌生寿命较不计残余应力的疲劳裂纹萌生寿命下降60%左右。     

大跨径斜拉桥钢结构疲劳监测与评估

以某大跨径斜拉桥为研究背景,基于钢箱梁的定期检测结果,研究了该斜拉桥的钢结构疲劳性能。在疲劳开裂较严重的顶板与U肋焊接细节、关键受力部位的底板与U肋焊接细节、索梁锚固区焊接细节布置传感器,测试各主要焊接细节的疲劳应力历程,基于雨流计数法获得疲劳应力谱。分析结果表明:苏通大桥目前的交通流量远大于2010年前的交通流量;钢箱梁底板与U肋焊接细节、索梁锚固区锚固板与外腹板焊接细节的疲劳寿命评估结果大于设计使用年限;若不计焊接初始缺陷与焊接残余应力,顶板与U肋焊接细节不会过早地发生疲劳破坏。     

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。     

结构横坡对斜拉桥箱梁剪力滞效应的影响

基于空间有限元法,以株洲建宁大桥斜拉桥为工程背景,分别建立了斜拉桥成桥状态设置结构横坡和未设置结构横坡的有限元模型,通过计算结果的分析和比较,论证了结构横坡对斜拉桥箱梁剪力滞效应的影响,指出在研究斜拉桥箱梁顶板剪力滞效应时不能忽略横坡的影响.     

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。     

预应力对斜拉桥箱梁剪力滞效应的影响

为了研究预应力对预应力混凝土斜拉桥箱粱剪力滞效应的影响,应用软件ANSYS建立了株洲建宁大桥斜拉桥成桥状态关于纵向和横向预应力设置与否的多个有限元模型。通过计算结果的分析和比较,论证了纵向和横向预应力对斜拉桥箱粱剪力滞效应的影响,指出在研究其顶板剪力滞效应时不能忽略纵向和横向预应力的影响,纵向预应力的合理设置可以在一定程度上削弱剪力滞效应引起的应力不均匀分布程度,纵向和横向预应力考虑与否对箱梁底板剪力滞效应影响有限。     

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。     

横隔梁对斜拉桥箱梁剪力滞效应的影响

针对斜拉桥箱梁剪力滞效应研究中未考虑横隔梁设置的情况和部分施工技术人员对少设置或不设置横隔梁的建议,文章采用板壳单元模拟箱梁顶板、底板、斜腹板和横隔梁,建立了株洲建宁大桥斜拉桥成桥状态关于横隔梁不同设置方案的多个有限元模型,通过计算结果的分析和比较,论证了横隔梁设置与否、间距变化和厚度变化对斜拉桥箱梁剪力滞效应的影响.计算结果表明,横隔梁设置使箱梁截面顶板正应力分布趋于均匀,在研究斜拉桥箱梁剪力滞效应时不应忽略横隔梁的影响;并对横隔梁的设置提出了几点建议.     

基于神经网络的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度研究

腐蚀与疲劳是影响斜拉桥钢箱梁服役可靠性的关键因素,为研究两者双重作用下斜拉桥钢箱梁服役期可靠度的衰退规律,开展了基于神经网络技术的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度分析。首先,通过疲劳强度与钢材强度的关系以及腐蚀引起的钢材抗力衰变,得到了钢材腐蚀疲劳抗力时变模型。然后,通过基于均匀设计法的神经网络技术和非线性有限元方法进行斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠度分析。采用均匀设计法得到影响结构可靠性的基本随机变量的设计样本点,基于ANSYS求解样本点处疲劳荷载作用下的钢箱梁应力幅,通过神经网络得到钢箱梁构件的应力幅函数显式表达式。在建立腐蚀疲劳抗力和疲劳荷载效应时变模型的基础上,构建了斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳时变可靠度的显式功能函数,基于FERUM程序采用JC法计算斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠指标。最后以苏通大桥为例,采用所提方法对钢箱梁局部连接细节服役期的腐蚀疲劳时变可靠度进行了计算,并进行了参数敏感性分析。结果表明:桥面板和U肋腐蚀疲劳可靠指标均随时间增加而减小,但桥面板腐蚀疲劳可靠指标衰退越来越快,而U肋腐蚀疲劳可靠指标则衰退越来越慢,桥面板腐蚀疲劳寿命不足100年。研究结果为斜拉桥钢箱梁服役期的运营维护提供了指导。     

基于神经网络的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度研究（双语出版）

腐蚀与疲劳是影响斜拉桥钢箱梁服役可靠性的关键因素，为研究两者双重作用下斜拉桥钢箱梁服役期可靠度的衰退规律，开展了基于神经网络技术的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度分析。首先，通过疲劳强度与钢材强度的关系以及腐蚀引起的钢材抗力衰变，得到了钢材腐蚀疲劳抗力时变模型。然后，通过基于均匀设计法的神经网络技术和非线性有限元方法进行斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠度分析。采用均匀设计法得到影响结构可靠性的基本随机变量的设计样本点，基于ANSYS求解样本点处疲劳荷载作用下的钢箱梁应力幅，通过神经网络得到钢箱梁构件的应力幅函数显式表达式。在建立腐蚀疲劳抗力和疲劳荷载效应时变模型的基础上，构建了斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳时变可靠度的显式功能函数，基于FERUM程序采用JC法计算斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠指标。最后以苏通大桥为例，采用所提方法对钢箱梁局部连接细节服役期的腐蚀疲劳时变可靠度进行了计算，并进行了参数敏感性分析。结果表明：桥面板和U肋腐蚀疲劳可靠指标均随时间增加而减小，但桥面板腐蚀疲劳可靠指标衰退越来越快，而U肋腐蚀疲劳可靠指标则衰退越来越慢，桥面板腐蚀疲劳寿命不足100年。研究结果为斜拉桥钢箱梁服役期的运营维护提供了指导。     

中欧规范下钢桥面板与纵肋双面焊焊接细节疲劳性能分析

钢桥面板与纵肋双面焊焊接细节是新型构造细节之一,有助于改善钢桥面板疲劳性能。文中基于中欧规范中疲劳车形式,通过有限元数值模拟,采用热点应力法计算得到钢桥面板与纵肋双面焊焊接细节的热点应力历程,分析该细节的疲劳性能。     

基于随机车辆模拟的钢桥面板焊接细节疲劳可靠度研究

为给钢桥面板焊接细节的设计及运营管理提供参考,针对随机车辆作用下的钢桥面板焊接细节,考虑交通量增长、车辆轴重的相关性和路表温度长期效应等因素的影响,进行了钢桥面板焊接细节的疲劳可靠度研究。基于某钢箱梁悬索桥WIM实测数据,分析了随机车辆各参数的分布特征,尤其是车辆轴重的相关性,采用能考虑轴重相关性的非参数核密度估计-Copula轴重抽样方法,编制了多参数随机车辆模拟程序;采用有限元法分析了路表温度、车辆轴重的相关性对疲劳荷载效应的影响;最后建立了基于疲劳损伤理论的功能函数,采用MC法进行疲劳可靠度计算,分析了交通量增长、轴重的相关性和路表温度长期效应对钢桥面板焊接细节疲劳可靠度的影响。研究结果表明:轴重具有多峰分布的特点,且轴重之间具有较强的相关性,模拟随机车辆时,如不考虑轴重的相关性,将会造成较大误差;路表温度变化主要影响钢桥面板焊接细节的应力幅,对循环次数和考虑车轮横向位置的应力幅折减系数影响不大,考虑路表温度长期效应的日等效应力幅,概率密度函数更具有多峰性质;考虑轴重相关性的日等效应力幅均值比不考虑轴重相关性的大;交通量增长对结构初期的疲劳可靠度指标影响不大,将造成结构后期的疲劳可靠度指标快速降低;考虑轴重相关性和路表温度长期效应均会降低钢桥面板焊接细节疲劳可靠度指标,而轴重相关性对疲劳可靠度指标的影响比路表温度长期效应更明显。     

大跨斜拉桥温度场效应分析

为了研究大跨混凝土斜拉桥的温度效应对大桥的影响,在宜昌长阳铁锣坪斜拉桥施工过程中进行了24 h温度效应的观测。利用建模计算分析方法对其温度场影响及结构体内温度场的规律性进行了分析。结果表明,日照等不均匀温差对斜拉桥结构的影响很大。提出在施工监测监控中应注意有效消除温度的影响。     

斜拉桥活载几何非线性分析

介绍了斜拉桥的活载几何非线性原理及方法，并对某座斜拉桥进行活载线性和几何非线性计算，分析初始几何刚度、拉索垂度效应以及大位移效应对几何非线性的影响，分析了构件刚度及边界约束条件对斜拉桥非线性的影响。分析表明，初始几何刚度对斜拉桥的几何非线性影响最为重要．当计人初始几何刚度矩阵影响，按活载线性影响线加载法所得结果与几何非线性方法结果基本相同。当初始几何刚度不变，仅仅改变结构刚度及约束条件，对斜拉桥的几何非线性影响非常小。     

考虑热点应力的单索面斜拉桥正交异性钢桥面板疲劳性能研究

正交异性钢桥面板因其抗震性能好、施工进度快等优点在现代大跨径桥梁建设工程中得到广泛应用,但同时又因其复杂的构造和传力路径,使焊接处在往复车辆荷载作用下产生严重的局部应力集中,最终导致疲劳损伤降低使用寿命。广泛存在于焊接结构内部的焊接残余应力在疲劳荷载作用下,会通过降低疲劳强度储备并促进初始裂纹的扩展严重影响结构的疲劳性能,进而降低结构的疲劳寿命,因此在正交异性钢桥面板的疲劳性能研究过程中应充分考虑到焊接残余应力的影响。以南京某单索面斜拉桥为背景工程,运用ANSYS有限元分析软件对该桥进行了多尺度建模分析。通过钢箱梁节段模型分析,分析横纵桥向应力影响范围为横桥向5个U肋×纵桥向2个横隔板间距,并根据规范中的车载疲劳模型Ⅲ确定了在疲劳细节正上方时加载为最不利加载工况。同时应用子模型技术法建立了精细实体模型,讨论了网格尺寸对应力分布与热点应力值的影响。最后得出厚度方向网格层数增至4层时对应的焊趾应力已达到数值收敛,外推区应力差值结果较为稳定,对于Solid95单元模型,厚度方向适合划分4层单元。     

基于WIM数据的斜拉桥评估汽车荷载模型研究及应用

为了对大跨径斜拉桥在运营期内的使用性能做出准确评估,研究了考虑实际运营交通状况的评估汽车荷载模型建立方法。借助动态称重(WIM)数据形成连续自然车队,通过结构关键效应影响线进行加载计算,对效应进行统计分析,运用极值理论得到评估基准期内的汽车荷载效应最大值概率分布并进行极值外推。以某斜拉桥为例,阐述建立评估汽车荷载模型和预测效应极值的方法,并采用两种评估方法对结构进行承载能力和使用性能的评估。     

大跨径斜拉桥动力分析基准有限元模型研究

针对大跨径斜拉桥的动力分析特点,研究了基准有限元模型的建立过程和修正策略。通过讨论了恒载初应力效应和几何非线性对大跨斜拉桥动力特性的影响,提出了基于敏感性分析和优化设计原理的有限元模型参数修正方法。并结合工程脉动试验对模型进行修正,结果证明,该方法具有很好的有效性和实用性。