钢箱梁横隔板-U肋疲劳裂纹钢板加固参数分析

通过建立带疲劳裂纹的钢箱梁横隔板-U肋局部有限元模型,分析钢板加固机理。通过提取连接焊缝焊趾应力评价受损构件钢板加固效果。通过提取胶层应力分析钢板加固后的胶层破坏模式,提取裂纹尖端应力强度因子用于研究钢板加固效果。通过设置多种工况,研究加固件面积、形状、厚度等参数对于加固效果的影响。研究表明:钢板加固可显著改善横隔板-U肋焊缝应力水平。钢板可有效贴合疲劳裂纹,加固作用体现为代替受损截面参与构件协同受力。钢板加固面积对于加固效果影响较大,沿横隔板与U肋连接焊缝方向延长加固件,可提升加固效果。短裂纹加固时适当增加板厚。设置十字形加劲肋加固效果劣于等效增加板厚。

钢箱梁横隔板-U肋连接焊缝疲劳裂纹钻孔止裂维修效果分析

针对横隔板-U肋焊缝细节疲劳裂纹的钻孔止裂维修方法,建立有限元模型分析不同长度裂纹下止裂孔的孔边应力及横隔板-U肋焊缝应力.设计局部足尺模型试验,分别针对四种孔径和两种孔位下的止裂效果及未钻孔侧的裂纹扩展速率进行研究,监测实桥横隔板-U肋焊缝裂纹在钻孔前后的应力,评估钻孔止裂对于延缓裂纹扩展、改善疲劳性能的作用.结果表明:在裂纹尖端钻孔会显著增大同侧横隔板-U肋焊缝的应力,削弱其疲劳性能;相对较大的止裂孔孔径对于延缓裂纹扩展的作用更为显著,且孔径小幅增大不会影响未钻孔侧裂纹的扩展速率及疲劳寿命;在裂纹尖端钻孔能显著减小高应力幅的循环次数,降低疲劳损伤累积,改善其疲劳性能.

钢桥面板横隔板-U肋焊缝裂纹修复后的应力特征

采用数值模拟的方法,建立不同疲劳修复方法的分析模型,针对止裂孔法和钢板补强法的疲劳修复效果进行了探究.通过提取两侧横隔板-U肋连接焊缝焊趾部位不同路径的Mises应力进行纵向对比,得到了该部位在维护前后应力的变化规律.研究结果表明:裂纹存在时,另一侧横隔板-U肋连接焊缝焊趾处的应力水平有明显提高;止裂孔法虽可以缓解裂纹尖端应力集中现象,但会增大另一侧该连接焊缝焊趾处的应力;钢板补强法可大幅降低裂纹尖端及另一侧连接焊缝焊趾处的应力水平,但被补强一侧钢板下缘会出现显著的应力集中现象.

钢桥面板横隔板疲劳裂纹维修对未开裂侧的影响

针对不同止裂孔孔径、补强钢板厚度下的疲劳裂纹修复后应力特征,采用数值模拟的方法,建立了不同维修参数下的有限元模型进行了探究。通过提取各工况下右侧横隔板-U肋连接焊缝焊趾部位2条路径上主拉应力进行对比,得到了横隔板-U肋构造细节左侧维修后对右侧重点开裂部位应力的影响。研究结果表明:未维修前,左侧横隔板焊趾裂纹在0~20 mm区间内扩展时,右侧焊趾处的应力水平增幅显著;钻孔止裂法不能有效降低右侧焊趾处开裂的风险。使用较大孔径的止裂孔维修后,右侧焊趾应力会超出维修前的水平,右侧开裂风险加剧;钢板补强法可降低右侧焊趾应力至未开裂前的水平,建议使用与母材厚度相当的钢板进行补强维修,效果较为理想。

钢桥面板U肋底部非对称弧形缺口的应力特征

针对钢桥面板检测中U肋底部弧形缺口关于顶板U肋不对称现象,建立对称缺口与2种非对称缺口的有限元模型.首先确定横隔板-U肋相交部位3个构造细节的应力最不利荷载位置,在此基础上研究各细节的应力特征,分析非对称弧形缺口各个构造细节的应力分布和应力组成的影响.结果表明:非对称缺口对各细节应力最不利荷载位置影响较小;非对称缺口影响下缺口偏小侧各细节应力均出现较大增幅;缺口偏小侧弧形缺口周边应力集中现象加剧,应力集中区域扩大并转移至横隔板焊缝端部;非对称缺口增大了横隔板-U肋连接刚度,导致横隔板面外应力占比下降,但部分工况下U肋腹板焊趾处面外作用增大.

正交异性钢桥面隔板与U肋连接热点应力分析

针对正交异性钢桥面板横隔板与U肋开孔连接处的构造细节,设计了圆弧相切过渡和圆弧垂直过渡2种结构形式的全比例疲劳试样,利用ANSYS有限元分析软件,通过8种热点应力计算方法得到了横隔板与U肋端焊焊趾处的热点应力,且与试验测试结果对比,最后进行了疲劳试验,对该细部构造的疲劳强度进行评定并分析了原因。研究结果表明:针对板单元建模方式,有焊缝构造板单元模型分析结果与试验测试结果较一致;实体接触与实体非接触有限元模型分析结果一致,建议采用实体非接触模型以提高计算效率;120kN静态荷载作用下的计算结果和试验测试结果均表明,圆弧相切过渡构造细节的热点应力值较圆弧垂直过渡构造细节的热点应力值至少大21%;疲劳试验结果也表明圆弧垂直过渡构造细节可显著提高关注点焊趾处疲劳强度。