大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固区传力机理

结合南京长江二桥、安庆长江大桥、苏通长江大桥索梁锚固区足尺模型疲劳试验及有限元分析,研究索梁锚固区的传力机理及应力分布。研究表明,由斜拉索传来的巨大压力,通过锚箱底板、承压板与腹板的连接焊缝,以剪力的形式传递到钢箱梁腹板上;锚箱与主梁腹板焊缝处的应力从上到下逐渐增大,在下端达到最大值,承压板上的应力稍小,均满足强度要求;经200万次和400万次(苏通大桥)疲劳加载,均未发现有裂纹发生,应力均无大的变化。验证了设计的正确性和制造工艺的可行性。     

钢斜拉桥锚箱式索梁锚固区合理构造型式研究

针对苏州—南通长江公路大桥钢锚箱式索梁锚固结构进行了足尺(1∶1)静载试验和疲劳试验。采用空间有限元方法分析实桥和试验模型锚固区的应力与变形,将试验与计算结果进行比较,验证计算方法的正确性。探讨此种锚固结构的传力机理、应力分布。研究焊缝长度、加劲肋和横隔板等对腹板应力的影响,探讨锚固区设计的进一步优化。为优化设计做了大量仿真计算。提出改善应力分布、减小应力集中的措施。     

大跨度斜拉桥索梁锚固区三维有限元仿真分析

采用不同建模方法,对大跨度斜拉桥索梁锚固结构—钢锚箱进行三维非线性有限元仿真分析,并将计算结果与钢锚箱静载模型试验结果相比较。结果表明,实体单元加接触单元法计算模型,即用实体单元模拟钢锚箱底部的锚垫板、用空间高阶壳单元模拟锚箱中其他钢构件及主梁、用非线性接触单元模拟锚垫板与承压板间不焊接但紧密压贴的关系,能够较真实、合理地反映钢锚箱的实际受力情况。钢锚箱虽然板件较多,但整体性能好,索力传递流畅,锚箱锚固顶、底板上2条焊缝传递索力,承压板与主梁焊缝主要传递抗弯作用力,因此要保证各板件接触、焊接良好,不能产生大的残余应力和残余变形。随着荷载的增长,钢锚箱高应力区应力增长速度减缓,部分低应力区应力增长加快,这对受载有利。仿真计算时,要注意壳单元角点局部位置可能出现应力计算失真。     

大跨度斜拉桥索梁锚固结构力学行为研究

研究目的:大跨钢梁斜拉桥的索梁锚固区是斜拉桥的关键区域,其结构受力复杂且作用荷载较大,仅依据有限元的仿真分析难以准确掌握锚固区的应力分布和传力机理,本文以珠江黄埔大桥(北汊桥)的索梁锚固区静载试验为基础,研究了锚箱式索梁锚固结构的应力分布规律和传力机理。研究结论:珠江黄埔大桥(北汊桥)锚箱试验模型设计合理,能够反映实桥的受力行为;锚箱式索梁锚固结构传力流畅、结构安全,能够满足大跨度钢梁斜拉桥的功能要求。     

大跨度斜拉桥超宽幅箱梁双拉索钢锚箱结构行为研究

斜拉桥索梁锚固结构承受着巨大的动静力荷载，其安全性和耐久性是斜拉桥控制设计的关键点。以宜宾临港长江公铁两用大桥双拉索锚箱式索梁锚固结构(钢锚箱)为研究对象，取该桥塔最大索力处对应的钢锚箱进行1∶3缩尺模型试验，结合有限元计算结果进行对比验证，系统地研究钢锚箱的传力机理；对钢锚箱重要板件进行厚度参数敏感性分析，探讨其对索塔锚固区受力性能的影响。分析结果表明，在屈服荷载下，钢锚箱大部分结构受力情况良好，重要板件应力均处于屈服应力以下，证明结构安全可靠；钢锚箱内部锚腹板厚度对锚箱整体结构应力分布影响较大，随着锚腹板厚度增加，锚箱式锚固构造整体应力分布趋于均匀，峰值应力变小。     

考虑焊接残余应力下的索梁锚固结构主焊缝受力性能分析

赣江特大桥主桥为跨度300 m的双塔混合结合梁斜拉桥,该桥型系首次在高速铁路上应用,主跨的钢混结合梁索梁锚固系统采用新型锚拉板式结构,其结构形式和施工工艺都进行了较大改进.索梁锚固结构采用焊接工艺,锚固位置受力较为复杂,施焊后焊接残余应力较大.为研究该区域主焊缝受力性能,采用有限元软件ANSYS分别建立锚拉板结构的节段...     

大跨度斜拉桥钢锚箱锚固区试验与计算分析

以某大跨度斜拉桥钢锚箱式索梁锚固结构为研究对象,通过比选确定正确的计算单元组合和合理的计算梁段长度,此外全面分析构造细节如风嘴等对锚固区应力分布的影响程度,从而建立索梁锚固区局部结构的空间非线性仿真计算模型。选择该桥最不利的索梁锚固段进行静载模型试验,其中钢锚箱结构采用足尺试件模型,在保证模拟边界条件的真实、有效性的基础上对主梁结构都进行了适当的简化。通过数值分析和静载试验研究的对比验证,表明本文所提出的有限元数值模拟是合理的,并具有较好精度;采用空间有限元分析和足尺模型试验相结合的方法是研究索梁锚固区应力分布的有效手段。     

UHPC锚固区传力性能试验与拉压杆模型分析

针对公路桥梁中应用2 300 MPa级超高强钢绞线可能导致锚固区劈裂的问题，以预应力混凝土小箱梁的梁端锚固区为研究对象，开展超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete,UHPC）和普通混凝土锚固区传力性能试验并对比二者的抗裂性能，建立三维有限元模型分析锚固区的应力分布，构建静定拉压杆模型分析UHPC超高强预应力锚固体系的劈裂效应。结果表明：应用UHPC超高强预应力锚固体系是可行的；与普通混凝土相比，UHPC锚固区的开裂荷载更高，裂缝发展更缓慢，抗裂性能好；基于静定拉压杆模型，计算得到小箱梁UHPC超高强预应力锚固区内的劈裂力为873 kN，结果偏安全，可用于指导梁端的配筋设计。     

铁路桥梁高强度预应力锚固体系技术研究

基于预应力钢绞线向2000 MPa级高强度发展的要求,开展了配套的高强度预应力锚固体系的设计、有限元计算和试验研究.结果表明:通过采用合理的材料、结构形式和结构尺寸,高强度锚板的残余变形挠跨比小于1/1000,von Mises应力小于500 MPa;钢锚垫板锚固区传力构件的计算裂缝宽度和强度满足规范要求,夹片和锚板的...     

基于缺口应力的波形钢腹板结构疲劳分析研究

基于现行规范对波形钢腹板结构的疲劳问题没有明确的规定,为了研究这种结构的疲劳设计及评估方法,对试验模型梁进行等幅疲劳荷载试验,得到波形钢腹板梁典型疲劳细节和基础疲劳数据.应用有限元软件建模,采用子模型法计算细节处缺口应力,并采用缺口应力法对试验梁的疲劳性能进行评估.研究结果表明:缺口应力法评估波形钢腹板疲劳性能是可行的...     

基于Ansys Workbench的正交异性钢桥面疲劳性能分析

正交异性钢桥面在公路、铁路桥梁中的应用非常广泛,其疲劳问题一直是正交异性钢桥面研究热点。研究正交异性钢桥面的疲劳问题通常采用试验法进行,一般是一桥一试验。因涉及试验规模、试验成本、试验周期以及试验结果说服力不足等问题,可通过疲劳有限元分析方法有效解决。本文采用大型有限元软件Ansys Workbench对某正交异性钢桥面疲劳试验实例进行钢桥面疲劳有限元分析,通过对比试验结果和有限元分析结果显示,有限元分析得出的疲劳寿命约为73.08万次,试验最先出现疲劳裂缝的试验循环数约为75万次,两者较为接近,说明采用Ansys Workbench分析正交异性钢桥面疲劳性能方法和取用参数合理。     

高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁受力及变形性能试验研究

为研究设计速度350 km/h高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁的受力特性与桥面变形性能,采用Ansys软件建立赣江特大桥3个梁段的有限元模型,分析其应力分布特性;以应力等效的原则优化设计出相似比为1:3的全截面静载试验模型并开展受力传力及桥面变形特性研究.结果表明:钢-混组合箱梁在轴力及弯矩最不利荷载组合工况下,混凝土桥面...     

高强螺栓拼接接头传力特性的有限元模拟与试验研究

为研究摩擦型高强螺栓连接接头力学性能与受力状态,对2组试件进行有限元数值模拟分析与试验研究。分析各排螺栓传力比、芯板及拼接板截面应力状态、接触面摩擦应力分布规律。数值模拟结果和试验结果表明:各排螺栓传力比呈马鞍型分布,两端大,中间小;芯板和拼接板应力沿板横向和纵向均呈波浪形分布;不同螺栓压力影响区直径均为2.85倍栓孔直径左右。试验结果与有限元数值模拟结果吻合良好,验证了有限元分析的正确性。本文得到的部分经验参数可为该类节点设计验算提供参考。     

40 Cr钢和50车轴钢超高周疲劳性能研究及疲劳断裂机理探讨

在对称拉压超声疲劳试验装置基础上,开发研制非对称拉压超声疲劳试验装置和三点弯曲超声疲劳试验装置。采用超声疲劳试验方法,结合扫描电镜断口微观分析,对40 Cr钢和50车轴钢光滑试样和缺口试样,在超高周疲劳范围内的疲劳性能和疲劳断裂机制进行研究,主要研究成果如下。对40 Cr     

纵向连接式浮置板轨道疲劳性能试验研究

研究目的:相较于城市轨道交通，市域铁路列车运行速度更快、轴重更大，截至目前，国内市域铁路在时速160 km没有采用钢弹簧浮置板轨道的先例，也没有对其在市域铁路运营条件下的适应性开展过系统研究。为设计研发适用于市域铁路的钢弹簧浮置板轨道，本文通过开展足尺模型的疲劳试验，分析疲劳前后力学性能变化，进而得到纵向连接式钢弹簧浮置板轨道静刚度及应力应变的变化规律。研究结论:(1)疲劳后浮置板垂向位移整体呈下降趋势，200万次疲劳后其位移平均值减小2.90%,500万次疲劳后其位移平均值减小4.78%;(2)疲劳后浮置板静刚度呈增大趋势，疲劳前、200万次疲劳后和500万次疲劳后，浮置板静刚度分别为185.02 kN/mm、189.11 kN/mm、192.49 kN/mm;(3)浮置板表面中线上应变测点位置的应变在疲劳试验后呈现增大趋势，200万次及500万次疲劳试验后其最大应变值较疲劳前分别增大19.21%和17.70%;(4)浮置板表面边线上应变测点位置的应变在疲劳试验后呈现减小趋势，200万次及500万次疲劳试验后的最大应变值较疲劳前分别减小2.16%和3.11%;(5)500万次疲劳后板...     

考虑纵肋-横隔板焊缝模拟的正交异性钢桥面板疲劳性能研究

为研究纵肋-横隔板(rib-to-floorbeam,RF)焊缝模拟与否及焊缝模拟数量对正交异性钢桥面板各疲劳敏感细节应力响应的影响,分别建立无RF焊缝及不同数量RF焊缝的正交异性钢桥面板有限元模型,计算轮载作用下各构造细节的应力响应.为提高计算速度与精度,RF焊缝采用体单元模拟,桥面板其他构件采用壳单元模拟,通过约束方程实现体-壳耦合.研究结果表明:模拟RF焊缝时,RF横隔板侧和纵肋侧构造细节的应力幅分别增大66％和54％,其对应的计算疲劳寿命更接近实桥出现裂纹的时间;模拟RF焊缝对弧形切口和RD构造细节应力响应几乎无影响.模拟不同数量RF焊缝对各构造细节应力响应无明显差别;相比于不模拟焊缝的情况,模拟焊缝可以清楚地显示RF焊缝沿高度方向上的应力分布,纵肋和横隔板的连接部位应力过渡更加平滑.     

基底脱空条件下重载铁路隧道铺底结构疲劳性能试验研究

结合重载铁路隧道基底脱空病害特征,设计基底脱空条件下隧道铺底结构疲劳试验装置,并考虑隧道基底无水、富水环境等因素,开展隧道铺底脱空病害下的结构疲劳试验.基于试验结果的分析,探讨脱空条件下隧道铺底结构的疲劳演化特性,拟合得到300 mm脱空条件下隧道铺底结构试件疲劳寿命演化曲线.研究结果表明:基底脱空条件下,隧道铺底结构疲劳性能呈"倒S型"演化趋势,结构疲劳寿命随着应力水平增大而显著缩短;受地下水的影响,富水环境隧道底部结构疲劳寿命显著短于无水环境,且随着应力水平的升高,缩短的比例也越大;建立的基底脱空条件下隧道铺底结构疲劳寿命演化曲线,可用于隧道底部结构损伤状态的评价.     

正交异性钢桥面板纵肋?面板疲劳开裂的CFRP加固研究

为了研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)加固正交异性钢桥面板纵肋?面板(Rib-to-Deck,RD)构造细节疲劳开裂的可行性,借助ABAQUS建立正交异性钢桥面板多尺度有限元模型,采用扩展有限元法(Extended Finite Element Method,XFEM)模拟RD构造细节焊趾处表面裂纹,与其他文献的对比验证模拟方法的可靠性;选取RD构造细节横桥向最不利的轮载位置加载,计算并对比CFRP加固RD构造细节前后应力强度因子幅值的变化.研究结果表明:XFEM取15道围道积分数并去除前2道围道积分计算平均值,得到的I型应力强度因子解较准确;CFRP加固能有效降低裂纹尖端应力强度因子幅值,从而降低其疲劳裂纹扩展速率,提高构造细节的疲劳寿命;CFRP作用体现在降低了焊趾处的应力集中和增强了裂开区的连接效应;其加固效果随CFRP层数、纵向长度、宽度的增加而提高,当CFRP纵向长度、宽度大于某一值时,其对加固效果的影响很小.     

正交异性钢桥面板纵肋?面板疲劳开裂的CFRP加固研究

为了研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)加固正交异性钢桥面板纵肋?面板(Rib-to-Deck,RD)构造细节疲劳开裂的可行性,借助ABAQUS建立正交异性钢桥面板多尺度有限元模型,采用扩展有限元法(Extended Finite Element Method,XFEM)模拟RD构造细节焊趾处表面裂纹,与其他文献的对比验证模拟方法的可靠性;选取RD构造细节横桥向最不利的轮载位置加载,计算并对比CFRP加固RD构造细节前后应力强度因子幅值的变化.研究结果表明:XFEM取15道围道积分数并去除前2道围道积分计算平均值,得到的I型应力强度因子解较准确;CFRP加固能有效降低裂纹尖端应力强度因子幅值,从而降低其疲劳裂纹扩展速率,提高构造细节的疲劳寿命;CFRP作用体现在降低了焊趾处的应力集中和增强了裂开区的连接效应;其加固效果随CFRP层数、纵向长度、宽度的增加而提高,当CFRP纵向长度、宽度大于某一值时,其对加固效果的影响很小.     

基于热点应力的转向架铝合金构架焊接结构疲劳问题研究

基于热点应力法对转向架构架加强筋板的焊接处进行疲劳强度分析,通过建立疲劳热点位置结构的有限元模型,采用最有可能发生疲劳破坏部位处的应力幅值作为疲劳评定依据,采取不同的工艺设计方案,选取最有可能发生破坏的热点位置进行分析,其分析方法对运用热点应力法进行转向架结构的疲劳强度分析具有一定的参考价值.