移动荷载作用下正交异性桥面板应力响应分析

研究目的:正交异性桥面板在钢结构桥梁中的应用愈发普遍,但在往复车辆荷载作用下容易引发疲劳开裂。准确评估桥面板在移动荷载下的应力响应是后续开展疲劳分析的基础,因此显得尤为必要。鉴于此,本文建立连续三跨正交异性桥面板实体-板壳多尺度有限元模型,采用Fortran语言编制Dload子程序实现移动荷载施加,全面分析桥面板在不同加载工况下的应力动态响应过程,以便明确典型构造细节的受力状况,为正交异性桥面板的疲劳性能评估与改善提供科学依据。研究结论:(1)加载中心线接近盖板-U肋连接焊缝或U肋开口正上方时是钢桥面板的最不利加载位置;(2)对于盖板-U肋节点,单轮加载分析即可较好地反映其应力响应状态,而对于U肋-横隔板连接处以及横隔板弧形切口区,双轮加载导致的应力影响不可忽略;(3)不同加载工况下,横隔板弧形开口区总是处于高应力态,属于钢桥面板的最不利受力部位,容易引发疲劳破坏;(4)本研究成果可用于钢桥面板结构在车辆移动荷载作用下的应力状态评估。

明珠湾大桥钢桥面板易损焊接节点疲劳寿命预测

准确预测正交异性钢桥面板疲劳易损部位在往复车辆荷载下的疲劳寿命,能够为桥面板的日常维护提供依据,进而避免疲劳破坏的发生。首先,建立了明珠湾大桥正交异性钢桥面板节段有限元模型,使用Dload子程序实现了移动车辆荷载模型的施加,确定了3个易损部位的应力历程;然后,通过编写雨流计数法程序得到了易损部位的疲劳应力频值谱;最后,基于热点应力法与临界距离理论对易损部位进行了疲劳寿命预测。结果表明,在车辆荷载作用下,钢桥面板U肋-横隔板连接处受力最为不利,疲劳寿命预测值仅23 a,为明珠湾大桥钢桥面板中最易产生疲劳开裂的位置,日常巡检时需尤为注意;U肋-盖板连接处和横隔板弧形开口部位在设计基准期内不会出现疲劳开裂。

模拟轮载作用下钢桥面板RD节点疲劳寿命计算方法对比分析

为深入研究RD(rib-deck)节点的疲劳性能,通过模拟车轮荷载对RD节点实施中心加载,得到了相应热点应力幅下的节点疲劳寿命。采用ABAQUS建立了钢桥面板RD节点的三维实体有限元模型,在有效数值模型的基础上,分别采用热点应力法和临界距离理论对RD节点的疲劳寿命进行了对比分析。研究结果表明:同一精度网格下采用两点外推法和三点外推法得到的热点应力结果比较接近,而采用临界距离理论的点法得到的特征应力则小于线法得到的特征应力;采用国际焊接协会(IIW)推荐的FAT 90曲线得到的评估结果过于保守,而FAT 125曲线的预测结果相对接近试验值。临界距离理论相比热点应力法能得到更准确的预测结果,其中点法和线法得到的预测值与试验值分别相差17%、32%;总体而言,热点应力法和临界距离理论均能得到相对保守的疲劳寿命预测结果,两种方法用于钢桥面板典型焊接节点的疲劳性能评估是可行且偏于安全的,但点法的预测精度更高,且实际应用中也较为便捷。