钢桥面板疲劳损伤智能监测与评估系统研究

正交异性钢桥面板作为大跨度桥梁的首选桥面板结构,实时监测并准确识别其重要构造细节的疲劳损伤程度,在此基础上预测剩余疲劳寿命,对于大跨度桥梁的服役期管理维护决策至关重要;但正交异性钢桥面板的疲劳问题具有多尺度、多模式、随机性、隐蔽性等特性,且其对结构静动力响应的影响仅限于疲劳裂纹附近的局部区域,传统的损伤识别方法难以准确识别。结合智能技术的最新发展和正交异性钢桥面板疲劳问题的基本属性,构建了其疲劳损伤智能监测与评估系统,并对其疲劳损伤指标和疲劳损伤智能评估的相关关键问题进行研究。提出了基于等效结构应力的正交异性钢桥面板多尺度疲劳损伤评估方法;建立了考虑随机因素的结构体系实时疲劳损伤评估及剩余寿命预测方法;构建了正交异性钢桥面板疲劳损伤智能监测与评估系统;基于实际桥梁结构的交通量和结构响应监测信息,对所建立的正交异性钢桥面板疲劳损伤智能监测与评估系统进行了验证。研究结果表明：在实际交通荷载作用下,顶板与纵肋连接细节的疲劳主导失效模式为焊根部位起裂沿顶板扩展,所提出的疲劳损伤评估方法的评估结果与实际结构一致,表明所提出的方法能够准确确定结构体系的疲劳失效模式;疲劳损伤智能监测与评估系统所确定的实桥疲劳损伤及剩余寿命预测结果与实际桥梁疲劳损伤开裂时间基本一致;所建立的智能监测与评估系统可为正交异性钢桥面板疲劳损伤过程和寿命评估提供理论依据及支撑,并为实桥的运营管理养护决策提供科学依据。     

正交异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳性能

为了揭示正交异性钢桥面板弧形切口母材的开裂机理, 采用有限元程序ANSYS建立钢箱梁节段模型与钢桥面板单元子模型, 为确保计算的精确性, 进行了网格无关性检查, 分析了弧形切口疲劳细节在移动轮载作用下的应力响应特征, 分别采用热点应力法与名义应力法评估了弧形切口细节的疲劳性能, 并研究了横隔板厚度与切口形状对构造细节应力的影响。研究结果表明: 弧形切口细节应力影响线长度在纵桥向为横隔板间距的2倍, 因而可用疲劳车的中轴组单独加载, 根据AASHTO LRFD, 1辆5轴疲劳车会在该构造细节上产生2或3个应力循环; 弧形切口在纵、横桥向的最不利荷载位置分别为轮载中心作用于纵肋腹板与面板交界处和中轴前轮作用于距横隔板0.3m处; 弧形切口边缘应力集中点的应力方向与水平面的倾角为67.2°; 疲劳评估结果与名义应力提取位置密切相关, 可采用热点应力法并基于FAT125的疲劳寿命曲线进行弧形切口的疲劳评价, 也可根据疲劳等效原则提取距切口边缘5mm处的应力, 并基于名义应力法开展疲劳评价; 建议采用Eurocode 3中圆弧半径较大的公路桥梁切口形状, 其热点应力与研究的切口形状相比降低了12.4%, 且当横隔板厚度不小于12mm时, 弧形切口细节的应力幅小于截止应力幅, 为无限疲劳寿命; 横隔板弧形切口的开裂与切口形状不佳、横隔板厚度偏小、制造工艺不完善以及货车通行量大等因素密切相关。      

正交异性钢桥面板路面结构行为及设计考虑

正交异性钢桥面板的路面与桥面板共同作用,应被当成桥面系统的不可缺少的组成部分。路面材料一般为粘弹性一塑性,仅在低温时表现为弹性。多数情况下,路面材料的弹性模量随温度而定。在半塑性条件下,路面厚度范围内弯曲应变呈非线性分布。当粘结层较软时,剪切滑移发生在层间交界面。路面对桥面板刚度有实质性贡献,桥面板局部弯曲时路面内存在可观的应力。讨论影响路面性能的关键性的桥面板应力产生的部位及原因。通过正交异性板上的应用实例,介绍两种典型路面材料沥青和聚合材料的特征。要使路面更让人满意,桥面板的局部柔度应得到更严格的限制。     

关于S-正交矩阵的等价命题

本文论述了正交矩阵的乘积分解，并且得到和证明了关于S-正交矩阵的几个等价命题．     

三次谐波自励中频无刷同步发电机分数槽定子主辅绕组正交设计方法

用实例说明自励中频无刷同步发电机分数槽定子主辅绕组间正交设计方法，用该方法设计的中频发电机组、相电压波形不会出现高畸变系数，完全可以达到国军标ＧＪＢ５７２－８８及美军标ＭＩＬ－ＳＴＤ－７０４Ａ关于电流电压波形偏离系数指标要求。按此方法完全可以设计制造出我国自己的高性能飞机－地面中频交流发电机，不需盲目进口。     

路面结构设计中关键因素的正交分析

通过对路面结构设计中关键因素的分析，考虑土基模量，基层厚度和基层模量三个因素，并根据工程经验选取相应的因素水平，利用正交分析方法，进行计算并通过直观分析得出这些关键因素对路面性能的影响。根据我国沥青路面设计规范，路面性能采用路面的设计指标和验算指标来表征：路面表面湾沉、基层底部拉应力和底基层底部拉应力。分析表明：土基模量和基层厚度对路面性能的影响至关重要。而基怪模量的影响要小得多。土基的模量宜在50－100MPa之间，基层厚度宜取20cm左右。     

钢桥面板纵肋对接焊缝疲劳裂纹扩展特性及加固方法研究

针对钢桥面板纵肋对接焊缝中典型的疲劳开裂情况,为研究萌生于该处的疲劳裂纹在后期扩展过程中所表现的特征,以及根据其扩展机理采用在纵肋底板栓接钢板的加固效果的评估,利用Ansys软件建立了纵肋对接焊缝处的疲劳裂纹有限元模型,采用相互作用积分与有限元相结合的方法得到的裂纹前缘应力强度因子来对研究对象进行分析。结果表明:纵肋对接焊缝处疲劳裂纹的扩展过程中Ⅰ型应力强度因子KⅠ与等效应力强度因子Keff之间数值差距很小,Ⅰ型(张开型)开裂模式在扩展过程中占主导地位;Ⅰ型应力强度因子KⅠ随着裂纹扩展尺寸的增加一直处于增大的趋势,由于应力强度因子是裂纹扩展速率的主要参量,疲劳裂纹扩展速率随着裂纹扩展的进行而逐渐增大;通过对纵肋底板栓接钢板加固措施的理论分析,该加固方法能够大幅改善纵肋对接焊缝疲劳裂纹前缘的应力强度因子,使疲劳裂纹的扩展得到有效控制。     

基于规范理解的正交异性钢桥面横隔板弧形缺口局部区域疲劳验算

针对横隔板弧形缺口局部区域疲劳开裂问题严重,采用名义应力法进行疲劳验算名义应力难以确定,以及中国JTG D64-2015《公路钢结构桥梁设计规范》关于名义应力表述不清等问题,探讨了基于规范的正交异性钢桥面横隔板弧形缺口局部区域的疲劳验算方法。首先,对比分析了JTG D64-2015《公路钢结构桥梁设计规范》(后文称《公路钢桥规》)与欧洲Eurocode规范的各疲劳设计条款的异同,指出了中国《公路钢桥规》各疲劳设计条款的主要来源及其与欧洲规范各疲劳设计条款的相应关系,以及中国规范中抗疲劳设计条款的不足;其次,介绍了欧洲规范关于横隔板弧形缺口母材处以及横隔板与U肋连接处角焊缝名义应力的相关计算方法;最后,通过算例介绍了如何应用名义应力法验算横隔板弧形缺口母材以及角焊缝处的疲劳强度。     

正交异性钢桥面第二体系受力影响分析

由于正交异性钢桥面板第二体系受力的复杂性,不同参数对其影响不易明确,以某钢箱梁桥为例,采用ANSYS有限元软件对比分析了不同铺装厚度、不同顶板厚度、不同加劲肋刚度对钢桥面板第二体系应力的影响。结果表明,适当增加桥面铺装可显著减小第二体系应力,而顶板厚度、加劲肋厚度的影响较小,可以忽略。