大跨径双层悬索桥钢桁梁整体焊接节点疲劳分析与试验

为了给大跨径钢桁梁悬索桥抗疲劳设计提供依据,针对杨泗港长江大桥钢桁梁采用的整体焊接节点,开展了多轴疲劳荷载作用下整体焊接节点的有限元疲劳分析和试验研究。首先通过建立全桥有限元模型,基于英国BS 5400规范和Miner准则,获得了在标准疲劳车作用下全桥最不利整体节点及其各杆件200万次等效疲劳轴力幅;其次建立最不利整体节点空间精细化模型,通过对各轴向杆件施加200万次等效疲劳轴力幅,进行了多轴荷载下整体节点的疲劳性能分析;最后基于相似理论,设计了1∶6的整体焊接节点缩尺模型,进行多轴荷载下的疲劳试验研究。结果表明:位于距主塔297m距离的F34节点为疲劳最不利下弦杆整体节点;F34节点最大Von-Mises应力在78.8~130.6 MPa,小于设计规范的疲劳强度;200万次的模型疲劳加载试验过程中,未发现任何疲劳裂纹产生,各测点的应力值与理论值误差小于7.8%;杨泗港长江大桥钢桁梁整体焊接节点疲劳性能满足设计要求,研究成果对大跨径双层悬索桥抗疲劳设计具有直接的指导作用。

钢桁梁整体焊接节点疲劳性能模型试验

整体焊接节点钢桁梁具有广阔的应用前景,其疲劳性能由整体焊接节点所决定。以长清黄河大桥为研究对象,通过理论分析和两尺度疲劳破坏试验对钢桁梁整体焊接节点的疲劳性能进行了研究。首先通过全桥杆件内力分析和多尺度疲劳损伤分析确定了控制主桁疲劳性能的整体焊接节点位置及其控制构造细节;在此基础上设计了2类共21个试验模型,其中包括20个构造细节试样模型和1个足尺节段模型,进行了疲劳破坏试验,确定了整体焊接节点控制构造细节的主导疲劳开裂模式、应力集中系数和疲劳强度。研究结果表明:节点顶板、横梁上翼缘与节点板熔透对接焊连接细节是整体焊接节点疲劳性能的控制构造细节,其主导疲劳开裂模式为从节点板焊趾起裂并沿板厚扩展;实际受力模式下,控制构造细节中节点板焊趾应力集中系数为1.163,横梁上翼缘焊趾应力集中系数为1.789;2类试验模型的宏观疲劳裂纹起裂寿命均占总疲劳寿命的75%以上,故将2类试验模型的疲劳失效判据统一定义为出现宏观疲劳裂纹;基于此,2类试验模型所得到的控制构造细节疲劳强度等级基本一致;控制构造细节2种开裂模式名义应力疲劳强度等级均建议采用公路钢结构桥梁设计规范中的FAT80,热点应力疲劳强度均建议采用欧规中的FAT90。

钢桁梁整体焊接节点试验与非线性有限元分析

文章以上海闵浦二桥中的典型整体焊接节点为背景,采用1/3模型节点进行了不同荷载工况下受力全过程试验研究和非线性有限元分析,在此基础上对关键设计参数进行了优化。研究显示:在设计荷载工况及超载工况下,节点安全可靠,满足规范要求;节点板上弦杆与腹杆之间、左右腹杆之间的圆弧转角处出现一定的应力集中现象;上、下翼板的应力相比其他板件的要大;模型节点试验值与非线性有限元计算值吻合良好。

焊接整体节点技术在铁路钢桥上的应用

简要介绍了我国铁路钢桥的发展,以及应用整体节点技术的现状,较全面地比较了整体节点与拼装式节点,结合国内试验情况,讨论了焊接整体节点材料的选用,并对焊接整体节点关键技术进行了论述。

公轨双层大跨径钢桁架桥节点试验研究

以上海闵浦二桥中的典型整体焊接节点为背景,采用节点模型进行了不同荷载工况下钢桁梁整体焊接节点受力全过程试验研究。研究显示:在设计荷载工况及超载工况下,节点安全可靠,满足规范要求;节点板的上弦杆与腹杆之间、左右腹杆之间的圆弧转角处出现一定的应力集中现象;上、下翼板的应力相比其他板件的要大。

大跨度钢桁拱桥关键节点受力特性及优化研究

横琴二桥是国内跨度最大、桥面最宽的公路钢桁架拱桥,孔跨布置为:100+400+100=600 m。桥下拱肋与下弦杆交汇处的节点(E9节点)采用焊接整体节点,节点板将主桁相关杆件和桥面纵、横梁连成一体,各构件内部加劲肋众多,形式、尺寸多样,节点的结构构造和受力状态复杂。在全桥空间有限元分析的基础上,选取具有代表性的E9节点和2个最不利的主力组合工况,完成局部精细有限元分析。研究结果表明:2个工况下E9节点各相关杆件绝大部分区域应力水平较低,Mises等效应力小于200 MPa,局部区域应力集中程度较严重,应力水平超出了弹性范围。针对拱内下弦杆变截面处出现的高应力区域的情况提出改善措施,建议在该位置增设一道环形横隔板,该方案可不影响下弦杆内的柔性系杆通过。增设横隔板后,变截面处的应力集中现象得到明显改善,应力水平在弹性范围以内。

大跨度钢桁拱桥关键节点受力特性及优化研究

钢桁拱桥是以承压为主的结构体系,随着跨径的不断增大,其非线性效应会变得十分突出,因此选取关键节点进行受力状态分析就显得尤为重要。选取国内具有代表性的公路钢桁架拱桥(100 m+400 m+100 m=600 m)关键节点作为研究对象。该桥下拱肋与下弦杆交汇处的节点(B9节点)采用焊接整体节点,节点板将主桁相关杆件和桥面纵、横梁连成一体,各构件内部加劲肋众多,形式、尺寸多样,节点的结构构造和受力状态复杂。在全桥空间有限元分析的基础上,选取具有代表性的B9节点和两个最不利的主力组合工况,完成了局部精细有限元分析。结果表明:两个工况下B9节点各相关杆件绝大部分区域应力水平较低,Mises等效应力小于200 MPa,局部区域应力集中程度较严重,应力水平超出了弹性范围。针对拱内下弦杆变截面处出现的高应力区域的情况提出了改善措施,提出在该位置增设一道环形横隔板,该方案可不影响下弦杆内的柔性系杆通过。增设横隔板后,变截面处的应力集中现象得到明显改善,应力水平在弹性范围以内。

坝陵河大桥钢桁加劲梁主横桁架焊接整体节点疲劳试验

贵州坝陵河大桥为主跨1 088 m的单跨简支钢桁加劲梁悬索桥,钢桁加劲梁的主横桁架与主桁架上弦杆之间采用焊接整体节点连接。为研究该焊接整体节点的疲劳性能,进行了足尺模型疲劳试验。根据该桥设计交通量,采用BS 5400规范中的标准疲劳车,按损伤等效原则,并考虑多车效应及缩尺比例,推算了试验疲劳荷载。试验结果表明,经过200万次的循环加载后,节点模型未出现任何疲劳裂纹,应力状态稳定,结构疲劳性能满足设计要求。该焊接整体节点形式对我国今后大跨钢桁梁桥类似节点的设计和研究有重要参考意义。

T形接头细丝埋弧自动焊工艺的研究及应用

针对整体节点钢桥桁梁对T形对接接头的焊接质量的高要求 ,研究推荐了一种细丝埋弧自动焊的工艺方法。与常用的手工电弧焊工艺相比 ,其焊缝成形美观、质量优良 ,焊接生产效率高 。

黄冈公铁两用长江大桥主桥钢梁设计

黄冈公铁两用长江大桥主桥为(81+243+567+243+81)m五跨连续钢桁梁斜拉桥。该桥采用塔墩固结、塔梁分离的结构体系;采用双层钢桁梁结构,上层为双向4车道高速公路,桁宽27.5m,下层为双线铁路,桁宽16m;钢桁梁采用倒梯形斜主桁断面,桁高15.5m,节间长13.5m;主桁为N形桁架,主桁上、下弦杆均采用平行四边形截面,斜杆采用平行四边形截面或斜工字形截面;节点为焊接整体节点,节点位置的杆件均采用等强对拼连接,斜拉索通过内置式钢锚箱锚固在上弦节点内部;公路及铁路桥面系采用板桁结合的正交异性板整体桥面系;在上弦节点位置设置三角形桁架式横向联结系。

京沪高铁济南黄河大桥钢梁设计与施工

济南黄河特大桥是京沪高铁跨越黄河的重要通道,设计时速350km/h,其结构形式为5跨连续刚性梁柔性拱下承式钢桁梁桥,国内尚属首次采用。对桁架、节点、横断面及桥面系的设计进行详细介绍,通过对施工过程的调整和监控,确保施工的顺利实施。

公轨两用高低塔斜拉桥钢桁梁设计研究

为确保公轨两用高低塔斜拉桥钢桁梁结构合理并兼具良好的经济性,以重庆红岩村嘉陵江大桥为工程背景,在设计中对钢桁梁横断面布置、桁型选择、节点拼接形式、索梁锚固结构、桥面压重方案、主桁架设方法等进行了比较和研究,结果表明:在主跨375 m和桥宽31.2 m的条件下,高低塔斜拉桥钢桁梁的横断面采用双索面双桁片布置最为合理;主桁采用三角桁,腹杆受力分布相对N形桁更均匀;主桁节点与腹杆采用双剪等强对拼连接,便于安装,可大幅减少高强螺栓数量并显著减小节点板尺寸;索梁锚固采用销耳锚固形,传力明确、构造简单;在下层桥面靠近梁端和辅助墩处采用集中压重避免支座出现负反力,施工简单快捷、工序少;主桁采用散件拼装架设方法受限少,难度低。

徐宿淮盐铁路盐城特大桥主桥钢梁设计

盐城特大桥主桥为(72+96+312+96+72)m五跨连续钢桁斜拉桥,是徐宿淮盐铁路的关键工程。论文重点阐述盐城特大桥方案选择、静力计算、结构分析、结构构造细节、钢梁防腐涂装体系和钢梁安装等。设计表明,盐城特大桥主桥结构受力明确,安装方案合理,具有较好的稳定性和经济性能。