焊接式索夹疲劳寿命分析方法及评价

针对焊接式索夹在新田长江大桥中应用的实际情况,通过数值计算分析焊接式索夹的疲劳性能并对焊接式索夹的疲劳寿命做出评价。首先建立新田长江大桥的有限元模型,分析该桥在恒载和疲劳荷载下的静力特性。然后分析焊接式索夹的几何构造并建立焊接式索夹的数值模型,利用子模型技术分析该索夹在不同荷载下的力学特性。最后,根据相关规范比较适用于新田长江大桥焊接式索夹焊缝的疲劳试验数据,通过经验公式与FE-SAFE计算出焊接式索夹焊缝的疲劳寿命。研究结果表明：数值计算和经验公式计算结果较为接近,该索夹的对数疲劳寿命约为10。新田长江大桥焊接式索夹在设计使用年限内不会发生疲劳破坏。     

焊接式索夹的合理结构形式研究

铸造式索夹存在工艺复杂、报废率高、成本高的问题。参照铸造式索夹的结构形式,研究比较几种焊接式索夹螺栓座形式的优缺点,推荐箱形肋板加挡雨板的结构形式作为焊接式索夹的螺栓座;分析比较直接连接、加劲肋连接、圆弧过渡连接这3种耳板索夹连接方式的优缺点,推荐采用具有3条长焊缝并设置中间连接块与圆弧过渡连接的索夹耳板连接方案,以实现应力匀顺过渡、减小手工焊缝和增大耳板横向刚度的目标;为减轻索夹重量和选择力学性能更好的耳板,推荐采用索孔增厚式耳板。将螺栓座、索夹与耳板连接形式及耳板结构的方案组合,形成优化后的索夹合理结构形式。引入简化计算公式,分析不同壁厚索夹的应力状态,工程实际应用的结构对比表明简化公式的计算结果过于保守。设计铸造索夹同样壁厚的焊接索夹,采用整体有限元进行计算分析,结果表明,所采用的索夹结构具有合理的应力状态,可满足工程应用要求。     

洪都大桥索夹抗滑试验研究

为了解自锚式悬索桥索夹的实际抗滑性能,以洪都大桥为背景,采用足尺模型试验和实体有限元分析相结合的方法研究自锚式悬索桥索夹螺栓轴力衰减规律、索夹应力分布及抗滑摩阻系数.结果表明:螺栓轴力衰减先快后慢,螺栓最终的有效轴力约为设计轴力的80％;索夹内应力均从加载端到索夹末端逐渐减小,滑移推力工况下索夹最大应力普遍大于设计推力工况下的,在螺栓轴力偏大位置索夹应力也较大,说明索夹内摩阻力沿主缆轴线并非完全呈理想的线性分布;实测索夹抗滑摩阻系数为0.25,比规范建议值0.15偏大,实测值偏安全.建议施工时按先两端后中间且对角施拧的顺序施拧螺栓,控制各螺栓紧固力的一致性,并在关键工况前进行重复施拧.     

悬索桥上、下对合型索夹结构分析研究

为研究悬索桥上、下对合型索夹结构的受力特性,以柳州双拥大桥为背景,推导了理想排列的主缆在宏观受力意义下的横向弹性模量的上限值,并结合经验公式确定主缆横向弹性模量的取值范围。建立该桥主缆和索夹有限元模型,分析主缆横向弹性模量在一定范围内变化时的螺杆附加力系数、索夹内压系数和脱空角。结果表明,吊索力是造成上、下索夹内压应力分布明显不均匀的直接原因,增大螺杆夹紧力能增大索夹内压应力;吊索产生的螺杆附加力对主缆横向弹性模量变化不敏感;索夹内压系数在吊索力和主缆力作用下会相应变小;螺杆附加力应该考虑螺栓和被连接件的相对刚度影响;跨中索夹应从控制脱空角入手适时调整螺杆夹紧力。     

斜拉桥斜拉索局部弯曲应力分析

在活载作用下，斜拉索的倾角会发生反复变化，引起拉索局部弯曲应力变化，从而导致斜拉索的疲劳。本根据引起斜拉索倾角变化的原因，分只考虑拉索垂度的影响及既考虑拉索的垂度又考虑锚固点处梁的变位（挠度和转角）两部分对斜拉索局部弯曲应力的变化幅度进行了分析。本的分析表明，局部弯曲应力幅占总应力幅的45％左右，对斜拉索疲劳有较大的影响。最后，介绍了几种可以减小这部分应力变化的方法。     

SX2190驱动前桥疲劳寿命的改进提高

对SX2190驱动前桥进行了系列疲劳寿命试验,探讨了焊缝、凸缘和螺栓对前桥疲劳寿命的影响,试验表明:凸缘和螺栓的结构、焊接质量及抛丸强化对前桥疲劳寿命有较大影响,通过对凸缘结构改进以及销子孔上移降低螺栓拉伸应力,并采取桥壳整体抛丸强化等措施显著提高桥壳的疲劳寿命。     

考虑车桥耦合振动的钢梁桥腹板间隙的疲劳分析

分析钢梁桥腹板间隙的疲劳问题时,其应力通常是基于疲劳荷载作用下的静应力叠加一个动力冲击系数来确定。已有研究表明:规范中的疲劳冲击系数低估了实际路面状况下的车辆动力冲击效应,往往导致腹板间隙的实际疲劳寿命低于设计寿命。基于此现状,研究了在假定的车辆和环境条件下路面的退化规律。建立了几座不同跨径的简支Ⅰ型钢梁桥和疲劳车的三维模型,通过车桥耦合振动分析,研究了实际桥面状况下车辆荷载动力效应对腹板间隙产生的应力幅冲击系数,并评估了腹板间隙的疲劳寿命。结果表明:基于腹板间隙应力幅计算的冲击系数大于传统基于应力的冲击系数;美国AASHTO桥梁规范中采用的疲劳冲击系数在路面条件较差时低估了车辆荷载动力效应。最后提出了腹板间隙疲劳评估应力幅冲击系数建议取值。     

模数式伸缩缝疲劳寿命评估及其更换施工分析

本文针对模数式伸缩缝中梁疲劳断裂问题展开分析,以青银(青岛至银川)高速公路河北段桥梁用到的模数式伸缩缝为原型建立模数式伸缩缝中梁疲劳分析有限元模型,并选取国外BS5400规范及AASHTO规范对其进行疲劳寿命评估,对比分析整体安装及半幅安装焊接为整体两种施工方法下的疲劳寿命,并分析了相邻支撑横梁间距、中梁截面尺寸、钢材弹性模量及半幅施工时焊缝位置对中梁疲劳寿命的影响。结果表明:模数式伸缩缝中梁应力状态对车辆轮载比较敏感,应采用轮载作用次数来评估其疲劳寿命;半幅安装焊接为整体的更换施工方法对中梁疲劳寿命影响显著,BS5400规范及AASHTO规范下疲劳寿命均降低超过50%;支撑横梁间距及中梁截面尺寸为中梁疲劳寿命的显著影响因素,而钢材弹性模量为一般影响因素,焊缝位置在一定范围内显著影响中梁疲劳寿命。     

基于多尺度模型的销接式索夹极限抗滑摩阻力分析

为研究悬索桥主缆销接式索夹在吊索力作用下的抗滑性能,以某单跨悬索桥为背景,采用ANSYS软件建立带端索夹的主缆多尺度有限元模型,研究吊索力作用下索夹的极限抗滑摩阻力、主缆与索夹表面接触压力及螺杆拉力随吊索力的变化规律。结果表明:吊索力加载时,索夹的极限抗滑摩阻力比轴向加载时大幅减小,吊索力对索夹的抗滑能力有显著的削弱效应;索夹临界滑移时的下滑力明显小于按规范计算的极限抗滑摩阻力,索夹抗滑设计时应考虑吊索力的影响;索夹与主缆表面接触压力沿索夹长度呈抛物线分布,随着吊索力增加,上半索夹与主缆表面接触压力略有增加,下半索夹与主缆表面接触压力明显减小;吊索力会导致螺杆产生附加拉力。     

考虑装配因素的轿车钢轮弯曲疲劳寿命有限元分析

建立了车轮弯曲疲劳寿命的有限元分析模型,考虑了过盈配合和螺栓预紧力的影响,最后采用双轴比例疲劳方法预测了车轮的疲劳寿命.通过实际疲劳寿命结果的验证,考虑装配因素模型的分析结果与实际情况更加吻合,从而为高精度弯曲疲劳有限元建模提供了可以借鉴的方法.     

正交异性钢桥面板典型细节的疲劳损伤分析

为研究正交异性钢桥面板典型疲劳细节在单轮荷载作用下的应力及疲劳损伤度,以福州长门特大桥为背景,采用ABAQUS有限元软件建立钢桥面板节段模型和3处易开裂部位(横隔板-U肋焊缝、横隔板处和横隔板间的顶板-U肋焊缝)的子分析模型,分析车轮荷载作用位置变化时疲劳细节的应力时程;并采用雨流计数法分析各细节处的应力幅,对疲劳细节进行疲劳损伤度分析。结果表明:单轮荷载顺桥向位于相邻横隔板间时,对横隔板处的顶板-U肋焊缝应力产生较大影响;荷载横向分布接近±750mm时,疲劳细节的应力时程曲线较为平缓,荷载对其应力的影响较小;疲劳损伤最大的是横隔板处的顶板-U肋焊缝焊根部位,该部位易产生疲劳破坏。建议在该部位增设钢角撑或钢板等,以降低该位置的应力幅和疲劳损伤度,提高结构的耐久性。     

悬索桥索夹螺杆应力无损检测研究

悬索桥索夹螺杆在施工及运营过程中均可能发生显著的应力损失,这个应力损失将可能导致索夹出现滑移进而影响悬索桥桥面系的安全,然而以往由于检测手段的限制,对索夹螺杆的应力水平无论在施工过程还是运营养护中均无法进行准确判定。在试验研究的基础上发展出了索夹螺杆应力的超声波检测新方法,达到了3%的测试精度,完全能够应用于索夹螺杆各个阶段的应力测试中;应用该项技术对江阴长江大桥索夹螺杆应力进行了全面检测,进一步验证该方法的可靠性,同时也证明了索夹螺杆应力检测的必要性和迫切性。最后提出在施工阶段采用该设备对索夹螺杆建立超声波回波长度指纹库将大大降低后期运营检测的难度。     

服役斜拉索疲劳状态的全场域在线实时监测与智慧感知

为了能对斜拉桥拉索的服役性能进行更为准确和及时的评估,提出了一套服役期拉索疲劳状态评估的全场域实时监测与智慧感知技术方案。该方案首先给出了基于拉索横向动刚度分析理论的拉索全场域、全应力时程的实时感知方法,其次利用Miner线性疲劳累计损伤理论评估拉索全场域的疲劳损伤状态;最后,将其应用于一座斜拉桥的拉索的振动监测信息处理上,证明了所建议的技术和方案可实现服役拉索疲劳状态的全场域实时监测和智慧感知。具体结论如下:在拉索疲劳应力幅的组成中,由外荷载引起的索端位移产生的索力变化所产生的应力占比最大,当拉索发生较大幅度振动时,振动附加索力变化产生的应力也不可忽略;通过对拉索疲劳应力幅的统计分析发现,与长索相比,短索对外荷载更加敏感,通常会引起更大和更频繁的索力变化,故在斜拉桥拉索疲劳分析中,应对短索给予更多的关注;在拉索疲劳损伤分析时,弯曲应力和腐蚀的影响非常显著,若要使拉索疲劳寿命的预测更接近实际工程情况,需要考虑弯曲应力和腐蚀的影响;在应力幅较大的区域,对应循环次数较少,但拉索疲劳损伤度较大,在应力幅较小的区域,虽然循环次数较多,但拉索的疲劳损伤度较小,所以,在疲劳分析中,拉索应力幅比循环次数更值得关注。     

重复荷载作用下加筋挡土墙的疲劳寿命分析

疲劳分析是要确定加筋土挡土结构的疲劳寿命,通过输入不同幅值和频率的正弦波激励,探讨了重复荷载作用下模型挡墙的动力特性与疲劳寿命规律.试验结果分析表明,三种加筋结构的疲劳寿命与其应力幅值均成线性关系,格宾加筋挡土墙的对数疲劳寿命随应力幅的变化的敏感程度比土工格栅加筋挡土墙的要低.试验分析结果有助于揭示挡墙在重复荷载作用下的失稳机制,为加筋挡土墙工程设计提供有益的参考.     

重复荷载作用下加筋挡土墙的疲劳寿命分析

疲劳分析是要确定加筋土挡土结构的疲劳寿命,通过输入不同幅值和频率的正弦波激励,探讨了重复荷载作用下模型挡墙的动力特性与疲劳寿命规律。试验结果分析表明,三种加筋结构的疲劳寿命与其应力幅值均成线性关系,格宾加筋挡土墙的对数疲劳寿命随应力幅的变化的敏感程度比土工格栅加筋挡土墙的要低。试验分析结果有助于揭示挡墙在重复荷载作用下的失稳机制,为加筋挡土墙工程设计提供有益的参考。     

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。     

新型UHPC—大纵肋波折板正交异性桥面板疲劳性能研究

新型UHPC—大纵肋波折板正交异性桥面板取消了顶板与纵肋焊缝,减少了横隔板与纵肋焊缝,为改善正交异性钢桥面板控制部位的疲劳性能提供了一个有效新途径。然而,由于波折板与横隔板保留横向焊缝,其疲劳风险仍然可能存在,故针对纵肋与横隔板位置的关键疲劳细节,采用数值分析并结合热点应力法对各参数影响下的轮载应力幅和疲劳寿命进行评估验证。结果表明,新型组合桥面板的大纵肋波折钢板及横隔板的疲劳寿命主要受弧形切口顶应力幅控制,施工时应加强切口打磨质量,防止疲劳开裂。另外,UHPC板厚增大、横隔板间距减小以及横隔板厚度加大时,各疲劳细节应力幅均有减小趋势,但加大纵肋高度或填充混凝土补强纵肋后,其各疲劳细节应力幅增减趋势并不一致。通过合理参数设计可使得各疲劳细节应力幅趋势均匀,获得优异的抗疲劳性能。     

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。     

高强化柴油机铝合金活塞承载特性研究

重点研究某高强化柴油机铝合金活塞在典型服役工况下温度和应力随时间和载荷的变化行为,明确热机械载荷作用下活塞的承载规律,为活塞寿命预测模型建立提供依据,同时为材料研制提供载荷约束。首先建立了活塞有限元分析模型,利用温度及应力测试数据对模型进行了标定,进而基于该模型计算了标定工况稳态条件下以及怠速工况与标定工况交替变化条件下活塞温度和应力的变化规律。仿真结果表明:在工作循环内,活塞顶面温度波动幅值在28℃以内,由此引起的热应力波动幅值达到35 MPa左右,因此在活塞疲劳寿命预测时工作周期内高频热负荷的影响不可忽略;燃烧室喉口在热载荷作用下呈现压应力,在机械载荷下呈现拉应力,热机耦合载荷会导致沿销孔方向出现拉应力,沿主副推力面方向呈现压应力;在怠速工况与标定工况交替变化条件下,活塞喉口载荷变化最明显,应力与温度的变化率相关,应力幅值较高,该区域易发生低周疲劳损伤。     

复杂环境下对接焊缝疲劳性能数值分析

为了研究钢桥在复杂环境中焊接接头的疲劳性能,通过建立Q420qD钢板对接焊缝有限元模型,针对焊缝区域存在腐蚀、火灾的工况作用下,基于S～N曲线方法,对对接焊缝的疲劳寿命进行估算。结果表明:对接钢板焊接完成后在焊趾产生较大残余应力,焊缝经过热处理后焊趾残余应力降低61.8%;存在腐蚀坑的焊缝边缘产生较大应力集中现象;未处理过的对接焊缝疲劳性能明显高于规范公式计算值,而存在腐蚀坑损伤的对接焊缝疲劳性能大幅降低,焊缝经过热处理后其疲劳性能得到了改善。