双面焊U肋内侧焊缝初始裂纹特性研究

针对正交异性钢桥面板双面焊U肋的内侧焊缝疲劳失效模式开展疲劳试验,基于断裂力学理论,采用FRANC3D-ANSYS交互技术研究U肋内侧焊趾初始裂纹的扩展特性及裂纹的初始角度效应,得到初始裂纹具备扩展能力的有效角度区间,推导并给出相应的拟合计算公式。研究结果表明:双面焊U肋构造具有裂纹在内侧焊趾萌生并沿腹板厚度方向扩展的疲劳失效模式,裂纹初始角度具有不确定性;裂纹为Ⅰ型主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹,初始角度越大的裂纹,Ⅱ-Ⅲ型特征越强;裂纹初始角度主要影响结构在裂纹扩展阶段的疲劳寿命分布,初始角度较大的裂纹在经历扩展速率快速增长阶段后,会更快地达到失稳扩展;裂纹能否扩展不能直接通过有效应力强度因子去判定,可结合初始裂纹扩展的有效角度区间判断,区间大小与裂纹形状比呈分段线性负相关。

新型U肋与顶板双面焊接残余应力场的超声冲击调控方法研究

新型U肋与顶板双面焊接构造相比传统单面焊构造焊接工序更多、焊接残余应力场更为复杂,发展适用于该新型构造焊接残余应力场调控的焊后处理措施对其进一步推广和应用具有重要意义。为探究超声冲击处理技术对该新型构造焊接残余应力场的调控效应,利用热-应力顺序分析方法对该新型构造的焊接过程进行模拟,以获得其焊接温度场和焊接残余应力场分布。在此基础上,利用应力、应变初始化技术将焊接残余应力场导入超声冲击模型,使之成为超声冲击模型的初始分析状态。最后,基于动力显式分析方法对超声冲击过程进行模拟,模型中采用质量比例阻尼技术来降低动力显式分析过程中的数值震荡。为说明该多步骤顺序分析有限元模型的合理性,分别从多个方面对模型进行验证:将计算熔化区形状与焊缝形貌进行对比来验证计算温度场的正确性;将计算纵、横向焊接残余应力分布与测试数据对比来验证计算焊接残余应力场的正确性;将计算冲击坑形状与实际形状对比、冲击后残余应力与测试数据对比来说明超声冲击过程模拟的正确性。在有限元模型正确性得到充分验证的基础上,开展超声冲击处理对新型U肋与顶板双面焊构造焊接残余应力场的调控效应研究,并对不同冲击次数和不同冲击速度下焊缝区域残余应力场的变化进行分析。研究结果表明:该多步骤顺序分析有限元模型能够准确模拟超声冲击处理对新型U肋与顶板双面焊接构造焊接残余应力场的调控效应;经超声冲击处理,新型U肋与顶板双面焊接构造焊趾区域残余应力状态由拉转为压,应力降低幅度最大值为427.2 MPa;自顶板下表面至一定深度范围内均存在残余压应力,且最大压应力值出现在顶板亚表面;随超声冲击针冲击次数增加,新型U肋与顶板双面焊构造顶板下表面残余压应力量值、冲击影响深度均逐渐增大;随超声冲击针冲击速度增大,所引入的残余压应力最大值的分布深度逐渐增大,当冲击速度增大至7 m/s时,残余压应力最大值的分布深度已达0.8 mm。

既有桥梁U肋增补内焊对沥青铺装层的温度影响试验

U肋双面焊可显著提高钢桥面板U肋与顶板焊接细节的抗疲劳性能。为研究U肋增补内焊时产生的热量对既有桥梁的沥青铺装层的影响,制作了4个典型板厚的节段模型,通过数值模拟和试验测试得出了U肋内角增补焊接产生的温度场分布,分析了温度场随板厚的变化规律,论证了U肋增补内焊对沥青铺装层的安全性影响。试验测试数据和检测结果表明,既有桥梁U肋增补内焊技术不会对沥青铺装层产生明显损伤。这种技术为国内众多存在U肋疲劳开裂病害的既有桥梁提供了一种可能的补强方案。

沌口长江公路大桥主桥设计关键技术

沌口长江公路大桥主桥为主跨760m的半飘浮体系双塔双索面PK钢箱梁斜拉桥,是长江上首座双向8车道高速公路特大桥,主梁全宽达46m。针对该桥宽幅、大跨及重载交通等特点,设计中对结构约束体系、主梁剪力滞效应、钢桥面抗疲劳性能、桥塔横向受力等关键技术问题进行研究。提出采用大吨位"弹性+阻尼"复合式新型阻尼器对结构总体约束体系进行优化;采用带中纵腹板的PK箱形断面并适当增加梁高,以弱化宽幅主梁的剪力滞效应;利用小型智能焊接机器人实现钢桥面板与纵向U肋的双面角焊缝连接;对横隔板处U肋过焊孔疲劳细节构造进行优化;对外侧2个车道正交异性钢桥面板的横桥向局部刚度进行加强;通过在桥塔中塔柱设置横向预拱改善桥塔横向受力。

佛山同济大桥主桥总体设计

佛山同济大桥主桥采用(200+68+46)m混合梁斜拉桥,塔梁墩固结体系。桥塔采用“佛手”形状的钻石形钢筋混凝土结构,塔高125 m,塔柱采用空心箱形断面,外侧四角倒椭圆弧,基础采用整体式承台+∅2.5 m钻孔灌注桩基础。主梁采用PK断面混合梁,全宽38.6 m(含风嘴),中心线处梁高3.5 m,中跨为正交异性板钢箱梁,钢箱梁顶板U肋采用双面焊工艺,边跨为混凝土箱梁。斜拉索采用标准抗拉强度1860 MPa的高强度低松弛环氧涂层预应力钢绞线。斜拉索塔端采用整体式钢锚梁和混凝土齿块锚固;钢箱梁端采用锚箱式锚固,混凝土箱梁端采用箱外混凝土凸块锚固于风嘴处。边跨混凝土箱梁采用支架现浇施工,主跨钢箱梁采用桥面吊机悬臂拼装。经验算,桥梁结构受力满足规范要求。

正交异性钢桥面板制造技术研究

近年来,正交异性钢桥面板的疲劳问题逐渐显现出来,引起了设计、施工等各单位的高度重视,也是亟待解决的技术重点。论文阐述了正交异性板单元的主要疲劳问题,介绍了正交异性板单元从原材料的选择、半品件加工精度控制以及组焊方案的全过程,重点介绍了正交异性板单元在加工制造过程中主要裂纹问题的改进方案和有效措施。

公轨同层整体锚固腹板斜拉桥钢箱梁整体制造精度控制技术

斜拉桥是由承压的塔、受拉的索及承弯的梁组合起来的一种结构体系,选用钢箱梁作为公轨同层斜拉桥主梁,具有跨度大、自重轻、受力性能好等特点,另外,创新采用穿出式整体锚固腹板结构,较以往在桥面上焊接锚拉板的锚固构造,整体性更好。本文结合实桥制造过程,采用正交异性桥面板单元预设反变形及U型肋双面焊、板单元整体精切、超大锚固耳板整体机加工、阶梯式立体总拼及预拼装等关键工艺,有效保证公轨同层整体锚固腹板斜拉桥钢箱梁制造精度。