钢桥面板顶板与纵肋连接焊根位置疲劳损伤特征

针对闭口肋正交异性钢桥面板顶板焊根处疲劳裂纹处于纵肋内部, 不易发现与危害大等问题, 根据所处位置的不同, 将顶板焊根疲劳细节分为横隔板节间内(RD细节) 和跨横隔板截面(RDF细节) 2种类型, 采用有限元方法分析了2种细节的应力影响面, 考虑了轮迹横向概率分布、多轴轮载作用以及铺装与桥面板相互作用等影响, 研究了2种细节的疲劳损伤特征。分析结果表明: 当轮载作用于目标细节正上方时为最不利状态, 纵桥向轮载中心移至目标细节前后0.6m范围内应力较大, 横桥向2种细节的轮载影响均在1.0m范围内; 考虑轮迹横向分布影响, 简化计算时, RD、RDF细节的等效应力幅横向折减系数可以分别取0.92、0.96;在双、三联轴作用下, RD细节的损伤度分别是单轴荷载的2.10、3.21倍, 若近似采用单轴叠加, 所得损伤度可能偏于不安全, 建议寿命评估时考虑车辆类型影响; 计入铺装与桥面板相互作用后, 细节处应力幅明显降低, 顶板厚度为12mm的铺装模型焊根处应力幅几乎与16mm厚的钢桥面板相当, 且降低程度随铺装弹性模量的增大而增大; 对于45°扩散角简化铺装扩散模型, 当顶板厚度不小于16mm时, 其应力幅小于同时考虑铺装扩散作用与铺装刚度贡献的实体模型, 且差值随顶板厚度的增加而增大, 简化时需要考虑其适用范围, 否则会偏于不安全; 当顶板厚度为18mm且考虑铺装作用时, 2种细节疲劳寿命满足设计使用寿命要求, RDF细节疲劳寿命约为RD细节的67%, 较为不利。      

高填方钢波纹管涵垂直土压力计算

引入表征钢波纹管波形特性的惯性矩计算方法, 通过Spangler管-土相互作用模型, 得到了钢波纹管涵竖向收敛变形计算公式; 假设管涵顶部填土为半无限直线变形体, 将条形基础沉降倒置后比拟上埋式管涵的受力模型; 基于弹性力学推导的基础沉降计算公式, 着重考虑管涵侧向土体压缩变形与管涵自身的竖向收敛变形之差, 推导了管涵垂直土压力的计算公式; 以广巴广陕高速公路连接线吴家浩-张家湾段高填方钢波纹管涵工程为例, 对涵顶垂直土压力进行了现场测试, 将采用公式计算所得涵顶垂直土压力与现场试验结果和应用实测沉降差反算的垂直土压力进行了对比。研究结果表明: 涵顶垂直土压力随填方高度的增加而增大, 填土至设计标高后涵顶垂直土压力计算值、实测值和反算值分别为224.14、221.98、211.33kPa, 计算值与实测值的相对误差约为0.9%, 反算值分别比计算值和实测值小6.1%、5.0%, 且计算结果、反算结果均与实测涵顶垂直土压力变化规律一致, 填方越高, 误差越小。可见, 提出的高填方钢波纹管涵垂直土压力计算公式可行, 不仅考虑了涵侧土体的抗力系数和基床系数, 而且体现了钢波纹管的变形与受力特征。      

预制钢-混组合桥面板组装式连接静力及疲劳性能试验

桥梁建造由装配化向组装化的转换是未来桥梁工程发展的方向,钢-混组合桥梁是一种与工业化、组装化高度契合的结构形式;活性粉末混凝土等超高性能水泥基材料的应用为钢-混组合结构桥梁的轻型化和组装化提供了新的契机与挑战。提出基于高弹模和高韧性混凝土-粗骨料活性粉末混凝土的预制桥面板及板间组装式连接结构（CSL）,从而减轻结构自重、改善预制桥面板间的连接性能,实现桥梁结构的组装化作业,提升桥梁的建造质量和速度。通过四点弯曲试验考察预制粗骨料活性粉末混凝土桥面板及其干式连接结构的结构行为,分析加载全过程挠度的发展特点,探明极限承载能力及疲劳性能。静力试验结果表明：通过CSL连接而成的桥面板具有优异的变形能力和弯曲韧性,破坏均发生在粗骨料活性粉末混凝土板内,CSL的抗弯极限承载力高于粗骨料活性粉末混凝土桥面板;CSL的钢混连接面处弯曲初裂应力值不小于9.0 MPa,接近粗骨料活性粉末混凝土的弯曲初裂应力,并具有良好的裂缝约束能力。疲劳试验结果表明：CSL中的钢结构应力幅较小,经过800万次疲劳加载后,CSL连接桥面板未发生疲劳破坏,桥面板间连接焊缝应力幅仅26.8 MPa,不会出现疲劳破坏;CSL中的预加力对连接结构的静动力性能具有重要影响。     

钢桥面板纵肋与横隔板连接位置疲劳损伤特征

纵肋与横隔板连接是控制钢桥面板耐久性的关键构造细节,其在轮载作用下应力传递复杂,构造设计不当极易引起疲劳裂纹。目前常规式纵肋与横隔板连接在运营过程中可能发生的疲劳裂纹形式有横隔板弧形开孔裂纹、焊缝端部横隔板裂纹、焊缝端部纵肋水平裂纹或竖向裂纹,针对常规式连接的不足,设计上进一步提出内肋式和无缝式2种构造类型。采用有限元方法,以纵肋与横隔板连接可能出现裂纹的4类细节为对象,基于应力影响面分析,讨论了车辆轮载移动对各细节局部受力的影响,研究了常规式、内肋式和无缝式3种构造类型的疲劳损伤特征。结果表明：轮载作用下4类细节的局部效应非常显著,纵向影响区域约在3道横隔板之间,横向影响区域约在2个纵肋范围;考虑轮迹横向概率分布,各细节应力幅横向折减系数在0.94~0.97范围内。常规式连接弧形开孔细节应力幅最大,主要受面内变形控制,纵肋壁板水平细节次之,表现出明显的面外弯曲特性。与常规式连接相比,内肋式连接纵肋壁板水平细节和竖向细节最大应力幅分别降低28%和29%,减缓了纵肋在焊缝端部的应力集中程度。无缝式连接可能的疲劳破坏形式减少为横隔板焊趾开裂和纵肋壁板焊趾开裂2类,分析发现这2类细节均主要处于受压状态。常规式连接疲劳寿命预估为41.2年,纵肋壁板出现水平裂纹导致疲劳破坏的可能性较大;内肋式连接疲劳寿命由横隔板弧形开孔细节控制,较常规式连接提高58%;无缝式连接疲劳寿命预估为85.3年,较常规式和内肋式连接分别提高107%和31%,且两细节寿命相近,从全寿命设计角度考虑该构造更为合理。     

波形钢腹板组合T梁静力性能试验

为探索新型结构波形钢腹板组合T梁的受力性能,制作了下翼板布置直线型体内纵向预应力筋的缩尺试验梁,采用两点对称加载的方式开展了静载破坏性试验,对试验梁的截面正应变分布、荷载-位移曲线、开裂弯矩、剪应力分布、破坏形态、裂缝发展规律等进行测试。使用ABAQUS软件建立了试验梁的有限元模型,采用混凝土的损伤塑性模型和钢材的理想弹塑性本构对加载全过程进行非线性分析。基于钢-混组合梁的收缩、徐变理论和钢筋混凝土梁的抗弯承载力计算方法,对试验梁的开裂荷载和抗弯承载力进行理论计算。结果表明：只布置下翼板纵向预应力筋的波形钢腹板组合T梁的荷载-位移全过程曲线表现出较明显的弹性、弹塑性和塑性变形阶段,具有较大的抗弯刚度和良好的抗裂性和延性;抗弯承载力与开裂荷载的比值为1.79,具有较合理的承载受力特点;整个加载过程中,钢腹板与混凝土翼板变形协调,表现为典型的受弯破坏形态;剪应力在波形钢腹板组合T梁的腹板中分布均匀,可不设置弯起筋提供抗剪承载力;忽略波形钢腹板的轴向变形刚度和抗弯承载力,能准确计算开裂荷载和抗弯承载力;波形钢腹板组合T梁的力学机理明确,静力性能良好,具有工程应用前景。     

热处理对增材制造贝氏体钢组织及性能的影响

针对金属电弧增材制造过程热循环在线控制困难,导致成形组织不均、力学性能低下的问题,以辙叉用贝氏体钢为成形材料,研究了不同整体后热处理工艺对其电弧增材制造试样组织及性能的影响,并对热处理工艺进行了优化.研究结果表明:去应力退火后的电弧增材制造试样力学性能较差,且存在各向异性,经290 ℃等温淬火与280 ℃回火处理后,试样微观组织由回火索氏体转变为下贝氏体+回火马氏体,抗拉强度提升39%,屈服强度提升61%,断后延伸率提升29%,冲击韧性提升17%,硬度提升20%,且各向异性特征大大缓解,材料组织趋于均匀.      

激光喷丸DP980高强钢诱导的残余应力分布特性

为研究激光喷丸后DP980高强钢的残余应力分布特性,建立有限元分析模型,分析不同激光喷丸次数对材料表面及深度方向的应力分布影响规律。开展不同激光喷丸次数的强化试验,并对试样进行残余应力检测,验证试验与模拟结果的一致性。通过对比激光喷丸前、后试样的表面粗糙度差异,发现激光喷丸后试样表面产生了塑性变形,并在表面形成均匀的残余压应力。在深度方向上,为达到材料内部应力平衡,试样芯部产生了低幅值的拉应力。随着激光喷丸次数的增加,材料表面诱导的残余应力幅值升高,产生更深的影响层。激光喷丸在材料表面诱导的残余压应力增加了零部件内部微裂纹的闭合力、延缓了裂纹扩展速率,可提高零部件的使用寿命及可靠性。     

薄镀层热成形钢激光填丝焊的焊缝特征及性能

为降低镀覆在钢板表面的铝硅镀层对激光接头的不利影响,采用薄镀层热成形钢材料配合激光填丝焊技术,获得了焊缝内铝质量分数小于1%的激光填丝焊接头。对该接头进行了宏观及微观组织分析,发现热成形后焊接接头组织被全马氏体组织取代,避免了软化现象。力学性能分析表明,热成形前后试样的抗拉强度从约570 MPa提高到约1 500 MPa,接头的薄弱环节位于母材,高速拉伸对接头的抗拉强度没有不良影响,而断裂伸长率受影响较大。     

跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站抗震设计探讨

针对跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站结构抗震冗余度低,在高烈度地区应用较少,为更好地分析高架车站抗震受力全过程,以某跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站工程实例为背景,根据建筑规范和城市轨道交通规范要求设定合理的抗震性能目标,并研究构件抗震受力历时过程中的受力情况。采用大型有限元Midas作为主要计算软件,选取合理的地震波,进行多遇地震和设防地震有限元计算时采用弹性时程分析方法,且对振型分解反应谱法地震作用进行相应的放大,结果分析构件满足抗震性能目标要求。进行罕遇地震计算时,为更好地模拟工程实际情况,计算模型考虑桩土共同作用,采用结构-承台-桩基整体计算建模方法,进行弹塑性时程分析,关键构件采用截面纤维模型进行计算,能够反映关键构件在大震作用下进入破损阶段之后的行为,可以查看关键构件截面混凝土的开裂和压碎历史,钢材或钢筋的屈服和硬化过程。研究结果表明结构构件均满足抗震性能目标：(1)关键构件的钢材纤维受拉受压均未超过屈服强度,保持弹性工作状态,混凝土纤维受拉开裂,受压未达到屈服强度,同时延性系数D/D1小于1,均说明关键构件满足抗震性能为压弯、抗剪不屈服的目标;(2)桩...     

公铁混合布置大跨度斜拉桥主梁断面形式研究——以赣江公铁大桥西支主桥设计为例

以赣江公铁两用大桥西支主桥设计为例,研究一种适应上层8车道公路、下层对称双线铁路+4车道公路混合布置的主梁断面形式。提出带挑臂双索面箱桁组合断面、带挑臂单索面箱桁组合断面、矩形箱桁组合断面、矩形钢桁梁断面4种主梁断面方案,采用有限元软件分析各方案静动力性能及受力特点,综合考虑方案构造特点、技术指标、工程数量、公铁运营安全、景观效果等,确定该桥选用带挑臂双索面箱桁组合断面。该桥斜拉索最大索力16 000 kN,锚固在下层钢箱梁两侧,通过有限元实体分析对锚拉板和钢锚箱式两种索梁锚固形式进行比选研究,钢锚箱形式受力合理、应力水平低、经济性好,设计采用钢锚箱形式。带挑臂双索面箱桁组合断面桥面空间布置合理、下层公铁行车干扰小、梁端竖向变形最小、经济性好,是一种适应公铁混合布置大跨度斜拉桥主梁断面形式。