车辆荷载作用下钢-混凝土组合梁疲劳应力分析

【目的】随着桥梁服役期延长和车辆荷载增加等多种因素的影响,结构承载力会变得越来越弱,疲劳寿命不断降低,最终可能导致低应力疲劳破坏。因此有必要对车辆荷载下拱桥钢混组合梁的疲劳细节应力进行研究。【方法】采用数值模拟的方法,利用Midas FEA NX软件建立3个标准长度的三维实体精细有限元模型,分析钢混组合梁易损疲劳关键点的位置,并研究车辆荷载横向最不利加载位置和纵向加载下的疲劳细节应力变化规律。【结果】结果表明,组合梁次横梁与中纵梁交点处有三处疲劳关键点;靠近桥梁中线位置是车辆荷载下钢梁疲劳最不利的横向加载位置;四种不同标准的纵向车辆加载时,三个疲劳关键点均出现两次应力峰值,且最大应力幅值均低于常幅疲劳强度的极限值。【结论】研究成果可为钢-混凝土组合梁试验和相关研究提供参考。

Three-Dimensional Analysis of Buried Steel Pipes under Moving Loads

The three-dimensional response of buried steel pipes under vehicle loads is investigated using the finite element analysis. The analysis is conducted using the finite element program ABAQUS. The effects of the vehicle parameters, pipeline parameters and soil parameters on the response of the buried pipeline were discussed. The results indicate that the maximum principal stresses in a buried pipe under vehicle loads are significant for burial depths of less than 1 m. The maximum principal stresses of the buried pipeline decrease as the burial depth, vehicle velocity and surrounding soil’s elasticity modulus increase. For small burial depths, the stresses in buried pipes caused by vehicle motion in the direction normal to the pipe axis are more critical. However, the effects of motion direction are insignificant when the burial depth and the surrounding soil’s elasticity modulus increase. As the diameter of a buried pipe decreases, the maximum principal stresses increase.

沥青路面Top-Down裂缝的断裂力学分析

采用移动荷载模式,在有限元方法中利用动态模量主曲线和时间-温度位移因子来表征沥青混合料的力学性质,利用断裂力学的方法分析了温度、车速、裂缝长度和基层类型等对沥青路面Top-Down裂缝裂尖应力强度因子的影响.研究表明随着裂缝长度增加和温度降低,张开型应力强度因子(KⅠ)和剪切型应力强度因子(KⅡ)的峰值增加.行车速度对应力强度因子的作用频率有显著影响,较慢的行车速度会加速Top-Down裂缝的扩展.与采用粒料基层相比,采用半刚性基层可降低裂尖应力强度因子.随着温度升高和裂缝长度增加,KⅠ对裂缝扩展的贡献减小,而KⅡ的贡献逐渐增加.

移动荷载作用下渗流-应力耦合沥青路面动力响应

水与荷载的耦合作用是沥青路面早期破坏的主要原因之一。采用有限元数值分析方法,在弹塑性假设下利用ABAQUS软件,建立降雨入渗条件下的渗流-应力耦合沥青路面三维有限元模型,给出了材料参数、边界条件和荷载作用形式,实现了均布竖向移动荷载作用下的数值模拟,得到了耦合作用下沥青路面三向应力、竖向沉降、孔隙水压力等的空间分布情况,并与无水状态下应力场模型进行了对比分析,结果表明,渗流-应力耦合作用下,沥青路面各结构层内三向应力动力响应特性较无水状态时不同,使得沥青路面受力状态不利从而更易产生结构性损坏。

轮胎-沥青路面接触效应数值分析

针对轮胎-沥青路面接触效应问题,传统的基于多层弹性理论的双圆简化模式的分析精度十分有限.为分析轮胎-沥青路面结构的实际接触效应,通过三维有限元数值方法,分析了一种典型沥青路面结构在非均布轮胎-路面三向接地压力作用下的Mises应力、剪应力和拉应力.研究表明,在非均布轮胎-路面三向接地压力作用下,该典型沥青路面结构在轮胎边缘处存在较高水平的剪切应变能和较大的剪应力,在轮胎横向5个矩形接触区域内明显存在5个拉应力峰值,与圆形均布荷1载作用下的力学响应存在很大差别.

交通荷载作用下黄土地基土压力分布规律研究

为研究交通荷载作用下黄土地基土压力分布规律,基于某埋地管道项目现场试验,采用重载卡车以不同载重及低速工况下测得地基竖向和横向的动土压力。研究表明:在车辆荷载作用下竖向土压力随深度减小,且越深影响程度越小;动土压力沿竖向传递的能力大于沿横向传递的能力;轴载产生的动应力峰值随着地基深度的增加逐渐减小且具有滞后性。车辆在低速10km/h~30km/h区间内,速度对地基的动力效应影响不太显著。

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。

轮胎-沥青路面接触效应数值分析

针对轮胎-沥青路面接触效应问题，传统上基于多层弹性理论的双圆简化模式的分析精度是十分有限的。为了分析轮胎-沥青路面结构的实际接触效应，通过三维有限元数值方法，分析了一种典型沥青路面结构在非均布轮胎-路面三向接地压力作用下的Mises应力、剪应力和拉应力。研究表明，在非均布轮胎-路面三向按地压力作用下，该典型沥青路面结构在轮胎边缘处存在较高水平的剪切应变能和较大的剪应力，在轮胎横向五个矩形接触区域内明显存在五个拉应力峰值，与圆形均布荷载作用下的力学响应存在很大差别。

车辆-温度荷载耦合作用下的农村公路路面结构受力分析

为研究农村公路在车辆、温度荷载作用下的受力情况,本文选择四种农村公路典型结构,运用Abaqus有限元软件分析不同车辆荷载对道路内部结构的影响;采用解析法分析温度荷载下路面受力情况;进行车辆-温度荷载耦合作用下的农村公路受力分析,分析农村公路典型结构在车辆荷载和温度作用下的应力和应变特性。结果表明:车辆荷载与温度荷载对路面受力均有贡献,且温度荷载对道路基层影响更为突出。

基于温度-车辆荷载作用下沥青路面细观力学响应

为了研究温度-车辆共同荷载作用下沥青路面各结构层细观力学响应,依据常用沥青路面各结构层材料级配及孔隙率建立了离散元模型,通过拟合室内单轴压缩应力-应变曲线获取模型的细观参数.在此基础上,对车辆荷载和不同温度作用下的沥青路面响应进行求解,分析各结构层细观力学响应及结构层颗粒变化情况.研究结果表明:在移动荷载及温度共同作用下,随着路面结构层深度增加,垂向位移逐渐降低,温度越高垂向位移越大;各结构层垂向应力随路面深度增加而依次减小;水平方向各结构层应力情况复杂,上面层处于受压状态,其余结构层颗粒既有受压也有受拉状态;切向应力处于拉应力与压应力交替状态,温度对颗粒应力影响较大;颗粒前期速度振动较为剧烈,后期速度振动较为平缓.

时变效应下自锚式悬索桥车载响应演变规律

为研究长服役期内混凝土收缩徐变、环境温度变化对车载作用下自锚式悬索桥主梁应力状态演变的影响规律,建立了山东省湖南路大桥ANSYS精细化实体有限元模型,分析了30 a运营期内混凝土收缩徐变、5~20℃温升工况下超宽箱梁底板的应力变化规律。结果表明:随着桥梁运营年限增加,箱梁底板纵向压应力逐渐减小,30 a期时部分位置出现0.085 MPa的纵向拉应力;箱梁底板与最外侧腹板交接处出现2 MPa的横向拉应力,需优化横向预应力筋的布置方式。桥梁运营30 a时,在1.0~1.6倍对称等效设计活荷载下,箱梁底板与内侧腹板交接处的纵向拉应力达到1.06~2.70 MPa。桥梁运营30 a并且环境温度升高5℃时,在对称等效设计活载下,箱梁底板部分区域的纵向拉应力超过混凝土抗拉强度,20℃温升使得底板最大纵向拉应力达到8.65 MPa。

故障工况下常导磁浮车辆悬浮架载荷特性研究

针对中低速常导磁浮车辆运行过程中可能出现的故障工况,对悬浮架的载荷特性展开研究。首先根据实际参数建立动力学模型并分析其振动特性,研究了悬浮架构架在电磁铁失效、空气弹簧失效等故障工况下的位移特点;然后分析故障工况下悬浮架的载荷特性,并对悬浮架各部件的强度进行评估。研究结果表明:磁浮车辆的车体与悬浮架通过滑台间接相连,使得振动形式比较丰富;在电磁铁失效故障工况下,悬浮架构架质心的位移相对较大,与轨道碰撞后使得悬浮架载荷发生突变;相对于正常运行工况,左侧电磁铁失效时纵梁的应力最大值增长为原来的3.87倍,左后空簧失效和紧急落车时托臂的应力最大值分别增长为原来的2.59倍和8.11倍。对故障工况下悬浮架的载荷特性进行研究,可以为疲劳寿命计算和结构强度设计提供参考依据。

大跨隧道近接下穿明长城运营阶段车辆荷载力学响应分析

隧道近接下穿古长城需采取有效措施做好施工及运营期间的防护。隧道运营期间,对长城采取的支护措施能否继续起到隔绝车辆振动荷载保护长城墙体安全的作用,需要对古长城墙体在车辆振动荷载条件下的稳定性进行深层次研究。本文以G227老城关经西宁至上新庄段公路控制性工程尕沟隧道下穿明长城为例,考虑在不同车辆荷载作用下,对隧道衬砌动力响应进行模拟,分析荷载的传递与扩散方式以及隧道内围岩的应力应变状态,得出随着车辆荷载的增大,拱顶位移随之增大;在不同车辆荷载作用下,拱顶的加速度时程曲线形态相似,但是峰值加速度不同;提高车辆行驶速度后,隧道拱脚处所受拉应力增大,隧底处所受压应力减小。

复合材料夹层结构拖体尾部强度计算与分析

某水下拖体尾部采用“田”字型拖体外型结构,尾部壳体和外框架采用复合材料夹层结构,壳体和外框架通过玻璃钢十字翼连接成一体,拖体尾部采用整体结构型式。通过有限元软件分别计算水平舵板和尾部框架在回收时受抨击载荷作用下的强度分析,根据复合材料最大应力准则,判断结构安全,在产品实际使用过程中,产品使用情况良好,该种夹层结构和计算方法可以运用在其他类似产品中。

行车荷载作用下湿软路基残余变形的研究

依据弹性层状体系理论计算了行车荷载作用下路基顶面及路基土中的竖向应力,建立了路基附加应力的动力模式。采用室内动三轴试验模拟了行车荷载作用下路基土的残余应变特性和孔隙水压力变化规律,提出了行车荷载作用下湿软路基残余变形的预估方法,并通过上海城市外环线通车2年后路基残余变形预估值和实测值的对比计算验证。

交通荷载下路基土中动应力响应特征分析

为分析路基土的动力响应特征,结合层状黏弹性体系理论,借助黏弹性运动方程和用复柔量表征应力应变关系的本构方程,采用传递矩阵法建立层状黏弹性路基土响应行车荷载的力学行为分析模型,利用实测数据对模型进行了验证。基于该模型和静力学理论,考察了路基土中动静应力随深度的分布规律,探讨车辆荷载强度、荷载频率、循环加载次数、路基深度、土层复柔量、土层密度等因素对路基土中竖向动应力的大小及分布特征的影响,得到了一些有益的结论。

汽车车架严重载荷工况下的应力分析

车架的受力十分复杂,首先对某四驱越野车的车架结构进行了分析,对车架模型中不影响整体力学性能的结构部分进行了简化。然后利用A lgor软件,建立了该四驱越野车车架的有限元模型。并将紧急制动载荷等效添加到车架模型上。在该车架有限元模型的基础上,对车架在紧急制动和对角线轮上台阶两种严重载荷工况下分别进行了应力分析,得出了整个车架结构的应力分布云图。指出了两种工况下其局部应力较大的部位,并提出了相应的改进措施。

车辆动载下路基土竖向动应力及扩散规律

推导了车辆动载作用下路基土中竖向动应力的求解方法,提出用速度系数来表征车辆动载下路基顶面产生的竖向动应力与车辆运行速度的关系,并模拟试验确定了速度系数的取值为0.105。原位监测试验表明:车辆动载在路基顶面产生的竖向动应力值约为0～16 kPa,大小与车辆载重及运行速度等因素有关。计算分析了5种类型车辆动载下路基土中竖向动应力的扩散规律。结果显示:随着深度增加,路基土中的竖向动应力逐渐减小,当路基土的深度超过8m时,所有类型车辆荷载在路基土中产生的竖向动应力不到路基顶面的10%;车辆载重越大,竖向动应力扩散速度越慢。

一种用于钢桁架桥的BWIM方法

通过在钢桁架桥上布置应变测点,进行动态应力监测,获得应变历程数据。利用滤波处理后的应力监测数据,采用BWIM(桥梁动态称重)方法,进行荷载反推,得到实际过桥车辆荷载。利用该方法对2座实桥进行荷载反推,所有过桥车辆全部识出,统计所得车重分布与实际车重分布符合较好。实践表明BWIM方法具有对交通干扰小、简单易行、采集数据全面、操作费用低等优点。该方法用于大跨连续钢桁架桥的交通荷载反推具有一定精度,可采集交通量、车重、车速、车头间距等多种信息。

随机车辆荷载作用下斜拉索索力的概率模型及可靠度分析

以苏通长江大桥为工程背景，计算了随机车辆荷载作用下的斜拉索索力，采用随机过程的跨阈理论建立了斜拉索索力的概率模型，在此基础上对随机车辆荷载作用下斜拉索的可靠度进行分析。结果表明：斜拉索索力可以采用高斯平稳随机过程描述；设计基准期内斜拉索索力最大值的概率模型可通过跨闽理论确定；按随机车流数据建立的车辆荷载概率模型计算的斜拉索可靠指标为7．93～14．55。