水泥混凝土路面疲劳温度应力的计算

本文根据我国各地太阳辐射的规律以有文献５中的太阳辐射量与混凝土路面的温度梯度的回归关系式，分析了各地日最大温度应力的年变化规律和年最大温度应力的分布规律；按照混凝土路面疲劳消耗等效的原则和新混凝土疲劳方程，将复杂多变的混凝土路面温度应力等效地换算成单一的疲劳温度应力系数与最大温度应力相乘的疲劳温度应力，并对各地的疲劳温度应力系数进行回归显式化。从而使考虑混凝土路面温度应力的疲劳消耗影响极为方便。     

多孔混凝土疲劳性能的研究

多孔混凝土作为路面的基层,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了以多孔混凝土作为水泥混凝土路面下面层荷载应力计算的疲劳应力系数,以及作为沥青路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

沥青混凝土路面多孔混凝土基层的疲劳性能

多孔混凝土作为沥青混凝土路面的基层时,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了多孔混凝土作为沥青混凝土路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

基于健康监测的自锚式悬索桥钢箱梁细节疲劳可靠度研究

为了研究大跨度自锚式悬索桥的钢箱梁构造细节在随机荷载作用下的疲劳可靠度,以国内最大跨度的独塔自锚式悬索桥平胜大桥为工程背景,在健康监测应力数据的基础上,采用疲劳可靠度理论对其钢箱梁桥面板构造细节疲劳性能进行了研究。首先基于Palmegren-Miner线性累积损伤准则建立了疲劳可靠度的极限状态方程,其次基于平胜大桥健康监测的典型应力和温度数据建立了疲劳应力谱,最后分析了不同交通量增长系数下平胜大桥钢箱梁细节疲劳可靠度。研究结果表明:平胜大桥钢箱梁的应力数据具有低应力和高循环的特点,可基于Erucode规范和等效损伤得出等效应力幅值;平胜大桥钢箱梁细节疲劳可靠指标为5.274;当交通量增长系数分别为0、0.1和0.2时,平胜大桥钢箱梁细节疲劳可靠指标在100 a后分别下降为2.305、1.681和1.395;交通量增长系数在前期对疲劳可靠指标的影响较小,而后期对疲劳可靠指标的影响较大。     

轮迹横向分布对钢桥面板疲劳应力幅的影响

为了对正交异性钢桥面板考虑轮迹横向分布影响时疲劳应力谱的简化计算提供参考,以港珠澳大桥正交异性钢桥面板为例开展研究。在对比分析国内外轮迹横向分布研究成果的基础上,采用ANSYS有限元软件建立实桥疲劳控制梁段三维仿真分析模型,研究了3种典型轮迹横向分布模型对疲劳易损细节应力幅的影响。研究结果表明:考虑轮迹横向分布的影响计算等效应力幅时,可仅考虑轮迹横向最不利位置所在车道的轮载贡献;不同易损细节之间折减系数的波动随轮迹分布模型集中程度的增加而增加;轮迹横向分布对等效应力幅的影响随易损细节位置至顶板距离的增加而增加;等效应力幅折减系数可取为0.9。     

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。     

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。     

混凝土路面板的有效温差计算

为了计算混凝土路面板的温度翘曲应力，必须已知混凝土路面板顶面与底面之间的温度差或者温度分布规律．应用三维有限元方法得出了用于估算路面破坏程度的应力模型，计算了温度翘曲与轴载综合作用下的复合应力。通过引人疲劳假设，推出了用于计算“等效破坏”和“有效温差”的数学公式。     

基于温度应力等效的基顶当量回弹模量换算方法

在水泥混凝土路面温度应力计算中采用的基顶当量回弹模量,是基于基顶弯沉等效为原则换算得到的,这种换算原则并不能真实反映基层对路面板温度应力的影响规律。利用有限元法对温度应力进行了大量计算,在此基础上建立了以温度应力等效为原则的基顶当量回弹模量换算方法。与有限元解比较,结果表明该换算方法的精度完全能满足工程计算的需要,其成果可供规范修订时参考。     

疲劳当量温度计算方法研究

现行沥青路面设计规范以15℃作为测定沥青混合料疲劳性能的试验温度,忽略了地区之间存在明显的温度差异。根据路面弹性力学层状理论,对控制应力与应变2种疲劳加载模式进行分析,讨论了适用于路面实际疲劳状况的加载模式。分析了影响沥青路面疲劳寿命的因素,并采用SHELL方法,根据Miner法则计算疲劳当量温度,提出了日疲劳当量温度的计算公式,计算了我国8地区的年疲劳当量温度,讨论了不同地区疲劳当量温度的取值范围和取值方法。研究结果表明,控制应变模式较适用于我国路面实际情况,不同地区路面疲劳试验温度与气温和沥青层厚度之间存在e指数函数关系。     

改进的水泥混凝土路面温度应力系数经验公式表达

现行规范水泥混凝土路面的温度应力系数需要人工查图读取，不可避免地存在主观性，也不利于计算机技术的应用。通过查图读取数据，应用双线性函数、一般化的二次方程、以及其他简单函数拟合，得到了含有13个常量的改进的温度应力系数Bx经验公式。分析表明，基于查图数据，对应99％的保证率，使用公式引起的温度疲劳应力的误差不超过水泥混凝土弯拉强度的1％。公式对温度应力系数的解析描述，不但克服了查图的缺点，也为进一步的研究工作准备了条件。     

用应变片测量水泥混凝土热膨胀系数的试验方法

热膨胀系数是评价水泥混凝土热学性能的一项基本参数,在大体积混凝土和超长结构混凝土温度应力计算中起着至关重要的作用。提出了一种用电阻应变片测量混凝土热胀系数的方法并进行了试验研究。用线性回归的方法对试验数据进行分析,得到了混凝土的热胀系数,同时,试验结果也表明,用电阻应变片能够实现对混凝土热膨胀系数的测量。     

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。     

柴油机气缸盖热负荷仿真分析

以某6V110高强化柴油机为研究对象,建立单排冷却水套流场分析模型,确定冷却效果最差的一缸。考虑材料塑性因素,建立该气缸盖流固耦合和结构分析模型,研究热应力的分布特点。结果表明,该气缸盖火力面最大应力及塑性应变均出现在排气道与气门交汇处,排气门侧发生疲劳破坏的可能性较大,与试验结果相符。基于流固耦合计算模型,采用正交设计方法研究了影响气缸盖热负荷的因素,燃气温度和冷却水流量是影响热负荷的主要因素。     

计及成形因素影响的车身结构疲劳分析

基于随机振动理论,推导了车身结构随机振动响应谱的计算公式;采用Goodman曲线进行交变载荷的等损伤转换,建立了应力幅和平均应力之间的关系式;以材料的疲劳极限作为疲劳抗力指标,将残余应力等效为平均应力,以研究成形因素对疲劳性能的影响;以某汽车尾端横梁为例,采用基于有限元分析结果的疲劳分析法,考虑冲压成形因素的影响,进行了车身结构的动态应力计算、疲劳寿命预测和改进设计.结果表明,所预测的疲劳性能与整车道路试验结果吻合.     

液压挖掘机斗杆台架疲劳试验载荷等效方法

为了克服斗杆各铰点力分别编制成载荷谱进行疲劳试验加载时各力之间关联特性无法再现的问题,即为了获得能够反映实际工况,且能用于编制台架疲劳试验程序谱的基础载荷数据,提出一种复杂载荷等效方法。首先分别采用三维销轴力传感器、压力传感器、位移传感器和应变片,实测挖掘机工作过程中斗杆与铲斗的铰点力、油缸力、摇杆力、工作姿态及斗杆疲劳关键点应力时间历程;其次根据各铰点力的规律和斗杆的运动特征,确定在斗杆局部坐标系下进行台架疲劳试验的加载方案;再根据斗杆截面应力状态,提出以斗杆最大弯矩截面上应力最大点的应力一致为载荷等效基准,将斗杆上的各铰点力等效为斗杆局部坐标系下的1个单向载荷,最后将该等效载荷加载下斗杆结构上3个疲劳关键点的应力-时间历程与对应测点实测应力-时间历程进行对比。结果表明：2条应力曲线相关程度在1^#测点处达到97.21%,在2^#测点处为91.54%,在3^#测点处,相关程度略低,但也达到88.6%;各疲劳关键点处由等效载荷引起的损伤均与实测应力产生的损伤十分接近,从而验证了载荷等效方法的有效性;按该等效方法求得的等效载荷是编制斗杆疲劳计算载荷谱和台架疲劳试验程序谱的基础数据。     

汽车试验场可靠性试验强化系数的研究

通过对路面载荷谱幅值分布函数的拟合求解，依据疲劳等损伤原则，在提出当量频次概念的基础上，推导了计算汽车可靠性试验强化系数的数学模型。采用该方法分析计算一种试验场汽车可靠性试验强化系数，计算结果离散性小。