基于断裂力学的老龄钢桥剩余寿命与使用安全评估

提出了基于断裂力学评估老龄铆接钢桥剩余寿命与使用安全的基本方法。根据铆接构件的疲劳破坏特征,建立了铆接钢桥简化断裂分析模型。鉴于简化断裂分析模型的不足,建立了铆接构件断裂分析模型,该模型可合理计入铆接构造、钉载等对疲劳裂纹扩展的影响。运用板壳断裂力学有限元程序,经计算回归得到了铆接构件断裂分析模型的几何修正因子公式。按铆接构件简化断裂力学模型和构件断裂力学模型,计算了浙江路桥主要杆件的剩余寿命,结果表明:按后者计算的剩余寿命均比前者降低约35%,可见钉载、钉孔应力集中等的影响是显著的。为保证正常使用功能,简化断裂分析模型和构件断裂分析模型的超声波探测间隔分别为4、2 a;若按保证主桁结构承载安全,则探测间隔已超过100 a,这样的探测间隔在一般情况下已无须考虑。     

基于断裂力学的铆接钢桥疲劳寿命研究

在役钢桥的疲劳问题日益突出,传统疲劳分析方法的准确性依赖于桥梁受载历史,交通量不断变化使得受载历史不易获取,而断裂力学分析方法则可以避开这一难题。基于断裂力学原理,研究铆接钢桥的疲劳寿命,并将断裂力学分析方法应用于重庆某铆接钢桥疲劳寿命的计算。     

3种钢桥细节基于断裂力学方法的裂纹扩展研究

选取栓焊钢桥3种典型细节(单面盖板搭接节点、不承载角焊缝节点、摩擦型高强螺栓连接节点),用FRANC2D/L软件对这3种细节的裂纹扩展进行模拟分析,给出3种细节在单边裂纹和双边裂纹模式下的几何形状因子计算公式,并得到这3种细节裂纹扩展过程中应力强度因子与裂纹长度的关系,其中,对于单面盖板搭接节点:双边裂纹的KI值要比单边裂纹的KI值略大一些;对于不承载角焊缝节点:单边裂纹的KI值要比双边裂纹的KI值大一些;对于摩擦型高强螺栓连接节点:单边裂纹和双边裂纹的KI值几本相同。研究的结果可直接用于这3种钢桥细节的疲劳寿命预测。     

应用断裂力学方法计算老钢桥剩余寿命

采用断裂力学方法计算老钢桥的剩余寿命，在确定初始裂纹尺寸、断裂临界裂纹大小、交通荷载下构件受力以及裂纹扩展模拟四个方面作了详细的探讨。     

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。     

基于WIM实测数据的标准疲劳车模型研究

该文利用渝湛高速公路27万多个货车的动态称重数据,根据等效损伤原理,推导出标准疲劳车模型,依据可靠度理论和极值理论,修正了标准疲劳车的保证率,并将其与国内外标准疲劳车模型产生的荷载效应进行了比对。分析结果表明:该文所提出的标准疲劳车模型具有较强的适用性和有效性,可以较好地反映中国工业化中期地区运营车辆荷载状况。     

基于WIM数据的简支梁桥车辆荷载效应分析

基于安装在104国道绍兴段钟家湾立交桥的WIM系统采集为期1个月的车辆荷载数据,分析了不同类型车辆实际载重质量分布,根据影响线加载原理计算了WIM系统记录的每辆车作用下简支梁跨中最大弯矩及支点最大剪力效应值,分析了实际交通车辆荷载作用下跨径为6 ～50 m的12种简支梁桥结构内力分布规律,并与现行桥梁设计规范中汽车荷载对应的效应值进行了对比.最终结果发现:针对于该路段的实际车辆荷载,简支梁桥跨径越小,实际车辆荷载效应超越现行规范荷载效应的车辆数目越多.     

基于WIM数据的桥梁实际汽车荷载效应的研究

利用先进的WIM系统调查佛开高速实际车辆荷载,研究车辆荷载的分析统计特征,建立实际车辆荷载模型,同时借助Rice公式,计算10~35 m中小跨径简支梁、三跨25~45 m连续梁关键截面在实际汽车荷载作用下的效应值,与现行规范车辆荷载效应进行比较,研究实际车辆荷载荷载效应与规范车辆荷载效应的差别,并尝试分析荷载效应的敏感因素(车流量和重车车重等)对其标准值的影响。     

大功率多缸柴油机曲轴疲劳强度评估方法

以某型大功率柴油机作为研究对象,采用ADAMS/Engine建立了多缸柴油机曲柄连杆机构多体动力学模型,计算得到了曲轴的工作载荷.通过建立曲轴的整体三维有限元模型,将主轴承对主轴颈的支撑边界定义为接触对以模拟实际的约束状态,并将动力学计算所得一个周期内的曲柄销载荷历程曲线离散为16个载荷点,并按照发火次序,组合得到了16个载荷工况以模拟曲轴上的交变载荷,载荷的施加采用函数分布的形式模拟滑动轴承的压力分布,通过非线性有限元分析得到曲轴的应力应变结果.在此基础上,利用曲轴材料性能数据绘制了曲轴Goodman疲劳强度曲线,自编后处理分析程序得到了曲轴上所有节点的疲劳强度安全系数.结果表明:材料为42CrMo的整体曲轴满足结构疲劳强度要求,油孔处和过渡圆角处的疲劳强度安全系数相对较小,采用Goodman疲劳曲线计算的最小疲劳强度安全系数为5.04.分析结果与曲轴实际失效位置一致.     

在役公路钢桥可靠性评估方法研究

为构建在役公路钢桥安全评估技术,保证在役桥梁的运营安全,研究分析基于可靠指标和基于分项系数2种可靠性评估方法。依据公路桥梁承载能力检测评定规程中的钢结构桥梁承载能力检算系数和活载影响修正系数,建立在役钢桥劣化状态极限状态方程,利用0．618优化法,得到2种评估方法相应技术参数及指标。研究表明,公路钢桥技术状况可按优、良、中、差、劣和失效6种等级区间划分。基于可靠指标评估方法中,优、良、中、差、劣5种桥梁技术状况,分别对应评估目标可靠指标为4．2、3．8、3．5、3．3和3．0;基于分项系数评估方法中,优、良、中、差、劣5种桥梁技术状况,分别对应抗力分项系数为1．35、1．25、1．2、1．15和1．1。2种评估方法可认为是等效统一的。     

基于WIM数据的公路桥梁车辆疲劳荷载模型研究

公路桥梁的疲劳损伤是由各式载重不同的车辆反复作用产生的,所以对公路桥梁进行抗疲劳设计或疲劳寿命评估采用的荷载应能够反映桥梁的日常交通荷载特征。该文结合南溪长江大桥WIM系统测得的18个月的车辆荷载数据,对车辆参数统计及疲劳荷载模型展开研究。引用统计学的高斯混合模型(Gaussian Mixture Model,GMM)和赤池、贝叶斯两种信息判别准则(AIC、BIC),结合EM算法得到车重、轴重的最优模型。采用Matlab拟合工具箱对部分车辆荷载参数进行曲线拟合,得到车头间距等参数的分布类型。基于Miner准则和线性累积损伤原理,得到5种疲劳荷载模型,并计算各车型的疲劳损伤贡献值和损伤度。相比于以往的疲劳荷载模型,该文得到的分时段疲劳荷载谱用于实桥计算疲劳损伤和疲劳寿命评估时可用两种时段的模型车辆循环加载,更接近实际车况,使计算结果更精确。     

基于检测与试验的老龄钢桥结构安全评估

对已运营70余年的老龄钢桥灵桥进行了上部结构病害检测、关键节点和杆件的超声波探伤、拱圈与吊杆空间形位测量、荷载试验,再综合历年检测数据和计算模型,深入分析了灵桥的退化程度和承载能力,得出以下主要结论：在现有交通条件下,灵桥的结构状态暂时是安全的,但其病害加剧,尤其是桥面系破坏严重、拱脚严重腐蚀,致使该桥已不满足使用要求,应尽快维修或改造。     

基于WIM实测数据的北京市松山大桥重载交通车辆荷载模型

利用WIM动态称重系统,得到北京市松山大桥实际通行车辆的车辆荷载特征参数,经统计分析得到特征值,对其概率密度函数进行了拟合,建立了适用于本地区的重载交通车辆荷载模型,并与河北省和福建省的重载交通车辆荷载模型进行了对比。在此基础上,采用有限元模拟方法对建立的重载交通车辆荷载模型与现行规范进行荷载效应对比,分析结果表明,采用规范中公路—Ⅱ级汽车荷载设计的桥梁存在安全隐患;公路—Ⅰ级汽车荷载取值总体较为保守,但对于大跨径桥梁仍有不足,需要结合实际情况需要进一步研究。重车荷载对桥梁支座处剪力的影响较为明显,在桥梁设计与维护时应重点考虑。本研究成果可为北京地区的公路桥梁设计和结构损伤检验提供参考和建议。     

基于实测数据的铁路钢桥列车荷载模型研究

为获得更为准确的铁路钢桥疲劳评估荷载,以某跨径75m的下承式单线简支铆接钢桁梁铁路桥为背景,基于实测数据,采用概率论的方法建立列车荷载模型。将列车模型分为列车类型、机车、车辆以及列车运行速度4个参数,通过统计分析,分别得到各参数的概率分布,采用Monte-Carlo法生成随机列车荷载。将模拟荷载计算的钢桥疲劳效应与实测值进行对比,结果表明:模拟的钢桥杆件日应力谱与实测日应力谱吻合良好,所建立的列车荷载模型能很好地描述列车荷载的通行情况,可用于铁路钢桥疲劳分析,具有较强的适用性。     

在役公路钢桥剩余疲劳寿命评估方法研究

从在役公路钢桥剩余疲劳寿命研究的必要性出发,对公路钢桥的剩余疲劳寿命的现状进行阐述,结合钢桥疲劳强度的计算方法,总结了目前对于在役公路钢桥剩余疲劳寿命的评估方法,结合相关研究者的研究内容提出了钢桥剩余疲劳寿命系统的建立一般流程,并且详细介绍评估钢桥剩余疲劳寿命时建立模型相关细节,旨在给与在役公路钢桥的剩余疲劳寿命相关的研究者以及相关施工、设计、养护人员提供参考。     

发动机曲轴弯扭复合疲劳强度的试验评估方法

本文叙述了曲轴弯矩复合疲劳强度的实验评估方法，其中包括试验装置，弯矩扭矩比的选定和安全系数估算，并给出了应用实例。     

铆接钢桥的系统疲劳可靠度评估

针对铆接钢桥的疲劳失效特点,在建立铆接钢桥构件整体断裂力学数值分析模型的基础上,提出铆接钢桥构件、结构系统疲劳断裂可靠性分析模型。基于Monte Carlo算法,编制用于铆接钢桥系统疲劳可靠性分析的大型程序。将铆接钢桥系统疲劳可靠性分析模型应用于浙江路桥的系统疲劳可靠度评估,概率剩余寿命评估结果表明：若按保证桥梁的正常使用功能,超声波探测间隔为1.5年,该值要比按构件简化断裂力学分析模型计算的系统探测间隔（4年）短,可见铆接构造、钉载等对概率疲劳寿命的影响是显著的。     

基于WIM的随机车流建模和简支梁桥荷载效应研究

为研究实际车辆运营状态下的行车参数特征及车辆荷载作用效应,基于宜泸高速南溪长江大桥路段的动态称重系统(WIM)实测数据,建立了符合宜泸高速行车车速、车距和轴重参数的概率模型,依据MATLAB软件编制随机车流模拟程序,对6种跨径(6,8,10,20,30,40m)的简支梁进行随机车流加载,得到随机车流作用下简支梁桥设计基准期内的荷载效应极值概率分布,并与我国公路Ⅰ级、英国BS 5400和美国AASHTO设计荷载规范对比。结果表明:车流量和车速大小随驾驶人员作息时间呈规律性变化;纵向车距服从威布尔分布,各车道车辆分布不均衡;车辆轴重服从高斯混合多峰分布;随机车流作用下简支梁桥的实际荷载效应平均值为设计荷载效应平均值的0.82倍,满足设计要求。     

基于断裂力学方法的冷再生基层材料疲劳寿命研究

利用断裂力学方法对冷再生基层材料的疲劳裂纹扩展进行分析,选择合适的断裂力学公式及参数,进而推导出疲劳寿命预估方程,分析方程中参数的取值并给出算例.通过算例得到的结果对影响疲劳寿命的因素进行分析,并与通过试验得到的数据进行对比.结果表明,用断裂力学方法预测含裂缝冷再生基层材料的疲劳寿命更合理.