城市轨道交通正交异性钢桥面板疲劳损伤系数研究

基于城市轨道交通正交异性钢桥面板疲劳性能的重要性,对国内多个城市的轨道交通的交通荷载进行了调研,发现各线路各时段的客流量差异较大,各线路的载客平均轴重与空车平均轴重的比值不同,比值为1.02~1.51。轨道交通因乘客流量带来的轴重比例变化相对较小,因此每一列车都对钢桥结构的疲劳有一定影响。研究了疲劳损伤系数的组成,基于不同的应力循环次数,提出了基于列车荷载作用频次的城市轨道交通桥梁的3个疲劳损伤系数。研究结果可为城市轨道交通钢桥的疲劳设计提供参考,并为规范的修订提供技术依据,对完善城市轨道交通钢桥疲劳设计具有理论意义。

集中荷载作用下玻璃桥面板的承载力试验研究

为探索将玻璃板技术运用到普通车辆路面,进行了集中荷载作用下的玻璃面板承载力试验研究,探讨了集中荷载作用下在边界条件、作用位置、玻璃层数等不同状态下,玻璃板的破坏状态、压力-位移曲线和安全特性。试验表明:在相同条件下,三层夹层玻璃和同种类型的单层玻璃在极限承载力的位置变化,从大至小顺序依次是板中央、板边和板角;集中荷载作用下三层夹层玻璃极限承载力两边简支约为四边简支的71.8%,单层玻璃极限承载力两边简支约为四边简支的51.4%;在板角、板中央位置施加不同倍数的车轮荷载进行加载试验,均满足规范要求,试验结果可为工程实际提供参考。

车辆甲板次要构件多轮印载荷等效与简化方法

[目的]滚装船车辆甲板承载的轮印载荷数量、作用范围以及与甲板构件的位置关系均不固定,对该类结构进行的分析通常较为繁琐,因此有必要对该类载荷的合理等效和简化进行研究。[方法]以车辆甲板次要构件为研究对象,基于多跨梁模型,分别以局部分布力和等效集中力模拟轮印载荷,对多种结构响应进行对比和分析;随后,将同时作用的多个轮印载荷均转化为集中力时的结构响应变化情况进行分析。[结果]结果表明,对于常见尺寸的车辆甲板,典型轮印载荷的上述等效简化偏安全,且不会引起结构响应的显著变化。[结论]从工程应用角度提出了一种多轮印载荷的合理等效方法,对简化车辆甲板结构设计和校核工作具有积极意义。

钢桥面板顶板-U肋焊缝裂纹萌生特征及扩展规律

【目的】研究轮载作用下钢桥面板顶板-U肋焊缝裂纹的萌生特征及扩展规律。【方法】通过有限元方法建立钢桥面板节段模型,分析了不同轮载位置下构造的变形特征,明确了轮载位置与典型变形特征的对应关系,相应建立了3种局部简化模型。在局部模型的基础上根据应力分布确定了裂纹萌生特征,并基于断裂力学进行裂纹扩展三维数值模拟。【结果】模拟结果表明,在以顶板为主的变形条件下,顶板焊趾和顶板焊根的最大主应力明显大于U肋焊趾处,裂纹产生后Ⅰ型应力强度因子远高于Ⅱ型和Ⅲ型;在以U肋为主的变形条件下,顶板焊根和U肋焊趾处的最大主应力垂直于U肋厚度方向,裂纹产生后Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子占Ⅰ型应力强度因子K的20%~30%。【结论】实桥中轮载偏离焊缝正上方时,疲劳裂纹易从顶板焊根和顶板焊趾处萌生且沿顶板厚度方向扩展,以Ⅰ型裂纹为主;当轮载位于焊缝正上方时,疲劳裂纹易从顶板焊根和U裂焊趾处萌生并大致垂直U肋腹板扩展,属于Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹,且扩展速率较快。

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。

基于机器视觉和最优组合应变影响线的车辆荷载识别方法研究

为方便快捷地识别正交异性钢桥面板箱梁桥的车辆时空信息,实现不依赖车辆横向位置精确识别车辆荷载,提出一种基于机器视觉和遗传算法优化组合应变影响线的车辆荷载识别方法。该方法首先通过桥梁侧面安装的摄像头采集车辆视频流数据,基于机器视觉技术识别车速、车轴数和轴距等信息;然后采集U肋下缘应变响应,利用已知轴重的标定车辆识别测点的应变影响线;再基于变异系数指标采用遗传算法优化确定对荷载横向位置不敏感的最优组合应变影响线;最后进行车辆荷载识别。以某正交异性钢桥面板箱梁桥为背景,开展数值模拟和缩尺模型试验,研究不同车型、车重、横向位置和噪声水平等多种工况下所提方法的识别效果,验证方法的有效性和抗噪声性能。结果表明:该方法对车速、车轴数和轴距识别具有较好的精度和稳定性;基于变异系数优化后的组合应变影响线对车辆横向位置不敏感,可在不预估车辆横向位置的情况下有效地识别车辆荷载;数值模拟的轴重和总重最大识别误差分别为5.57%和4.03%(考虑20%噪声),模型试验测试的轴重和总重最大识别误差分别为7.16%和4.90%,该车辆荷载识别方法具有较好的适用性和准确性,便于工程应用。

UHPC提升钢桥面板纵肋-横隔板连接疲劳性能研究

文章采用有限元方法分析了钢桥面板纵肋-横隔板连接四个典型构造细节在有无UHPC铺装情况下的轮载应力响应,并对比UHPC铺装层对其疲劳性能的提升效果。研究结果表明,在无刚性铺装情况下,构造细节H、HD、LS和LZ的最不利应力分别为-82.1 MPa、28.3 MPa、43.3 MPa和-42.9 MPa;在采用50 mm厚UHPC铺装后,构造细节H、HD、LS和LZ的最不利应力分别下降为-45.6 MPa、13.0 MPa、14.7 MPa和-12.0 MPa;UHPC铺装层对钢桥面板纵肋-横隔板连接各构造细节的疲劳性能提升明显,其中构造细节LZ的疲劳寿命提升高达45.4倍。

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。

动载作用下钢桥面双层SMA铺装层有限元分析

基于罗埠大桥钢桥面铺装层早期病害的维修方案,采用有限元软件建立三维模型,研究不同沥青铺装层与钢桥面层间接触状态下、不同沥青铺装层结构设计参数下的铺装层结构设计指标变化规律。结果表明:沥青铺装层沿深度方向的平均剪应力分布规律为:磨耗层>缓冲层>保护层;SMA层厚度及缓冲层厚度的增加可有效改善沥青层受拉、受剪和层间受剪状况;缓冲层模量的增加有利于降低沥青层拉应变,但不利于层间剪应力和沥青层剪应力指标。提出双层SMA钢桥面铺装层结构设计建议,罗埠大桥铺装方案中SMA层厚度为6.0 cm,沥青胶砂层厚度为2.5cm。

关于某双层桥梁承载能力评估研究

以某双层桥为工程背景,针对其受力特点,结合成桥后静动载试验,将应变及挠度试验结果与有限元理论值相比较,综合评估其承载能力,并得出该桥在实际荷载作用下的部分受力特性。试验结果表明:桥梁结构的强度和刚度均满足规范要求。以上研究,为分析类似桥型的受力分析及承载能力评估提供一定的工程经验。

双层桥面钢桁架连续梁桥静载试验控制指标研究

针对现行规范未就双层桥面钢桁架连续梁桥静载试验控制指标做出明确要求,基于实验力学及有限元基本原理建立了双层桥面钢桁架连续梁桥的荷载试验计算模型,利用等效荷载原理分别拟定了以弯矩、轴力作为控制指标下控制截面的静载试验加载方案,比较了关键构件在试验荷载作用下的弯矩、轴力加载效率,明确了双层桥面钢桁架连续梁桥的静载试验的控制指标。研究结果表明:在边、中跨最大正弯矩工况的加载效率满足规范要求的布载方式下,杆件轴力的加载效率最小为1.024,最大为1.259;在边、中跨最大轴力工况的加载效率满足规范要求的布载方式下,杆件弯矩的加载效率最小为0.603,最大为0.992;为确保结构安全,建议双层桥面钢桁架连续梁桥静载试验应以弯矩作为控制指标。该研究成果对于双层桥面钢桁架梁桥的静载试验提供了一定参考。

寒区系杆拱桥桥面横向温度模式及静力性能

为研究寒区系杆拱桥桥面横向温度模式及结构静力性能,基于寒区气象资料和现场温度实测数据,研究系杆拱桥桥面的纵向和横向温度,提出桥面100 a横向温度模式。利用Midas软件建立桥梁温度场力学模型,分析横向升温载荷对桥梁静力性能的影响。研究表明:系杆拱桥桥面的横向温差呈非线性分布,距桥面中线越远温差越大。系杆拱桥桥面的横向温度以桥面中线为对称轴,在半幅桥面内呈幂指数对称分布。在桥面100 a横向温度模式下,各控制断面的应力和位移均大于我国铁路规范横向温度模式下的应力和位移,研究结果为工程应用提供理论指导。

钢桁架设计及施工要点分析

随着科学技术的不断进步和经济的快速发展,城市化进程正在迅速推进。钢桁架作为一种先进的桥梁结构形式,具有高强度、轻量化和耐久性等优势,在桥梁建设中扮演着重要角色。钢桁架桥不仅能满足城市交通的需求,还能改善城市形象,促进经济发展。文章以某特大桥工程为例,针对钢桁架的设计和施工要点进行全面的分析,包括钢桁架总体布置设计原则、钢桁架设计及施工要点,以供参考。

FPSO主甲板冷却水管路系统的加速度载荷应力分析

借助船级社规范与MATLAB软件,开发可提取浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)管道任意位置处加速度的程序,以便更好地对FPSO主甲板冷却水管路系统进行应力分析。将该系统任意位置处实际加速度值和FPSO船体重心处加速度值以均布载荷形式分别施加至管道上,利用CAESARⅡ软件分析在满载工况条件下该系统的应力变化。结果表明,在FPSO满载工况条件下,采用重心处加速度值得到的结果相较于其自身实际加速度值的作用结果会出现应力冗余和应力不足的情况,例如节点50应力增加1.01%,而节点2570应力减小0.19%。

铁路上承式连续钢桁梁桥的静力性能

南昆线(南宁—昆明)八渡4号桥主桥结构形式为2×64 m单线上承式栓焊连续钢桁梁桥,侯月线(侯马—月山)浍河特大桥主桥结构形式为3×64 m单线上承式栓焊连续钢桁梁桥,两座铁路桥梁设计图号均为贰桥0003,设计荷载为中-活载。为了检验该类桥梁的承载能力及整体刚度,分析其检验评价方法,对两座桥梁进行了静载试验,并将静载试验数据、理论计算值与规范限值进行比较。结果表明:两座钢桁梁桥的承载能力及整体竖向刚度满足规范要求,测试支座活动正常,符合现有状态下的使用运营要求,但该图号钢桁梁的杆件承载能力储备及梁体竖向刚度储备不高。

钢-超薄UHPC组合桥面板界面抗剪性能研究

针对正交异性钢板-超薄超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)(厚度为35mmUHPC板+20mm磨耗层)组合桥面板中,UHPC层过薄而无法采用常规抗剪连接件形式的问题,提出一种新型钢筋网局部焊接抗剪连接件.通过推出试验测得了焊接抗剪件的荷载-滑移关系曲线和抗剪承载力,以某长江大桥为背景,对焊接抗剪件的布置方式进行了研究.试验结果表明:焊接抗剪件的推出试验破坏过程属于脆性破坏,破坏前界面相对滑移较小,焊缝长度为50mm的焊接抗剪件极限抗剪承载力为119kN.与栓钉相比,相同荷载比值下采用焊接抗剪件的界面相对滑移小,焊接抗剪件的抗剪刚度大于栓钉.计算结果表明:钢-超薄UHPC组合桥面板在布置抗剪件时,需关注UHPC层底部受力.加大抗剪连接件布置密度可减小UHPC层底部横、纵桥向拉应力,降幅可达36.3%.

空气间隔装药爆炸冲击荷载作用下混凝土损伤分析

采用JHC混凝土损伤演化模型,模拟计算了不同空气间隔装药结构情况下炮孔近区岩石损伤破坏机制,分析了空气层比例以及起爆方式对爆破效果的影响。计算表明,不同空气层位置及比例会产生不同的爆破效果,并能运用于不同的爆破目的。空气层比例与炮孔粉碎区大小成反比,空气比较小时可以用于梯段爆破,而空气比较大时可用于预裂或光面爆破。对于梯段爆破、反向起爆(空气层位于上部)和中间起爆(空气层位于中间)的效果要好;起爆方式对梯段爆破效果的影响要比预裂和光面爆破效果明显。

车辆轮迹线位置对钢桥面板疲劳应力幅的影响

以虎门大桥为研究对象,对车辆轮迹线的横向位置进行了调查和分析,得到了车辆轮迹线的横向位置分布,并给出了相应正态概率分布的设计参数;采用三维板壳有限元模型分析了车辆轮迹线横向位置分布对正交异性钢桥面板典型构造细节疲劳应力幅的影响,并与欧洲规范和荷兰规范NEN 6788进行了比较。结果表明:采用虎门大桥车辆轮迹线横向位置分布模型计算出的等效应力幅相对较小。

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,混凝土桥面板、钢梁最大压应力分别为8.36、107.2 MPa;其中钢主梁顶板与底板应力值较高,为受力关键区域;实测应力值与原桥理论值相符良好;混凝土桥面板与钢主梁顶板之间无明显滑移发生。沿纵桥向轴力传力中,钢主梁传递轴力由35.35%增加到52.26%,混凝土桥面板传递轴力由64.65%降低至47.74%。竖向单线1.0倍ZK荷载加载及双线交替增加至1.6倍时,主梁两侧高差均小于0.5 mm,小于轨道2 mm/5 m(3 m)的高低(扭曲)精度要求;在双线ZK列车竖向荷载下,纵横向挠度均呈正弦波分布,节间挠跨比分别为1/2631、1/2123,小于规范规定的1/1600。高速铁路钢-混组合箱梁具有良好的受力与变形性能。

自升式钻井平台上层建筑与直升机平台结构强度计算载荷分析

以某91.44 m(300 ft)自升式钻井平台为例,对上层建筑与直升机平台结构有限元强度分析中所施加的载荷以及载荷组合工况进行分析。考虑的基本载荷包括结构自重、可变载荷、惯性载荷、风载荷和直升机机轮载荷等。给出了载荷的计算过程和合理的载荷施加方法,并按各种载荷最不利组合的原则,提出了更加接近工程实际情况的18种载荷组合工况。计算结果表明各载荷组合工况下上层建筑与直升机平台结构最危险位置均发生在上层建筑和直升机平台结构的连接处。