正交异性钢桥面板疲劳性能分析

以某城市高架双箱钢箱梁正交异性桥面板为例,通过构建钢桥面板有限元模型得到疲劳荷载下U型肋疲劳细节的应力分布,并对其疲劳强度展开分析。结果表明,在公路桥梁中应用较为广泛的正交异性钢桥面因结构受力复杂,焊接施工存在残余应力,在直接承受车轮反复荷载作用后遭受疲劳损伤的可能性非常大;钢桥面板厚度、横隔板间距、过焊孔设置等因素对钢桥面板疲劳强度影响较大,必须结合疲劳性能进行优化设计。

正交异性钢桥面肋-板焊接残余应力的数值模拟

由于正交异性钢桥面U肋与顶板焊后残余应力分布复杂,采用解析方法无法求解,为此,采用有限元热-力耦合分析技术对其温度场和应力场进行数值模拟。利用ANSYS有限元软件建立顶板厚16mm、U肋厚8mm的正交异性桥面板双层焊缝模型。引入高温条件下Q345q钢的力学性能参数,考虑焊接电流、电压、焊接速度,对焊接过程进行数值模拟。通过控制热源移动加载,计算出合理的焊接温度场;利用热-力耦合分析技术,调用温度场计算结果,分析得到焊接残余应力场分布。计算结果表明:有限元数值模拟技术可以用于焊接结构残余应力分析;焊缝处不均匀加热与放热导致焊缝中部垂直焊缝方向及沿板厚方向存在较大残余应力,设计时应充分考虑残余应力对结构力学行为的影响。

正交异性钢桥面铺装研究及设计要点分析

该文对正交异性钢桥面铺装技术发展进行了详细分析,介绍了德国、日本、美国、荷兰等典型国家的钢桥面铺装基本情况,并分析了SMA、浇注式沥青混凝土、环氧沥青混凝土等铺装材料的特点及应用情况,通过对我国钢桥面铺装情况进行详细分析,总结了钢桥面铺装技术发展趋势,提出了钢桥面铺装设计必须考虑的铺装温度、交通荷载、桥面板结构因素,分析了我国钢桥面铺装的特殊要求。

正交异性钢桥面横向焊接接头的疲劳寿命估算

针对正交异性铁路钢桥面构造细节,设计2个足尺钢桥面构件进行静载和高周疲劳承载试验。在试验研究的基础上,建立钢桥面有限元模型,并进行分析计算,计算结果与试验值基本吻合。在1阶段模型的基础上,采用子模型技术建立纵肋焊缝位置带半椭圆表面裂纹的2阶段模型,用退化奇异单元模拟该部位裂纹尖端应力场,通过位移外推得到不同裂纹深度下裂纹尖端的应力强度因子K。基于初始裂纹尺寸的合理判定,对Paris公式积分推导得到纵肋焊接接头裂纹扩展曲线并估算疲劳寿命,计算结果解释了试验中裂纹的萌生和发展规律。建议钢桥面纵肋焊接接头按EC33中的71级或铁路桥梁钢结构设计规范中IX细节进行疲劳设计。

正交异性钢桥面沥青铺装受力特征的有限元分析

分析国内外钢桥沥青铺装使用状况与直道试验结果发现,疲劳开裂是正交异性钢桥面沥青铺装破坏的主要形式之一。本文应用有限元方法分析直道试验钢桥模型,针对加劲肋顶部出现纵向疲劳裂缝的实际情况,对应变及相关因素进行研究,对比计算结果与直道试验结果,验证计算的正确性,得到相关的图表公式。

厚边U肋正交异性钢桥面的疲劳性能

新型厚边U肋正交异性钢桥面的应用有望提高顶板与U肋连接焊缝的抗疲劳寿命.为研究其实际疲劳性能和具体提升机理,对该类钢桥面中顶板与U肋连接焊缝开展了疲劳试验和数值分析.通过足尺模型疲劳试验,采用名义应力法和热点应力法对常规等厚U肋钢桥面和新型厚边U肋钢桥面进行了对比;在疲劳试验的基础上,建立了精细化有限元模型并通过试验数据验证了其有效性;通过该模型对厚边U肋钢桥面顶板与U肋焊缝的疲劳性能提升机理进行了分析.结果表明:厚边U肋的使用有效地提高了顶板与U肋连接焊缝的疲劳强度;在焊接负公差存在的情况下,厚边U肋试件对未熔透厚度的变化相对不敏感,从而保障了顶板与U肋连接焊缝疲劳性能的稳定性.厚边U肋正交异性钢桥面在北京三元桥新桥和成都凤凰山高架桥等工程项目中的应用验证了其抗疲劳的有效性.

正交异性钢桥面铺装有限元模拟和优化分析(英文)

为了确定正交异性钢桥面铺装受力状态并为设计提供参考,运用子模型有限元法分析了桥梁整体变形及局部轮载作用下铺装内部受力状态及应变分布特点.为优化设计铺装层结构,分析了铺装层模量对其应变状态影响.分析结果表明:大跨径钢桥整桥变形对铺装层受力状态影响很小,钢桥面铺装设计的控制受力因素是轮载局部作用下铺装层的横向应变,铺装层模量对铺装层的受力状态有显著影响,通过提高铺装层刚度过渡层的结构优化设计措施可以显著改善铺装层的受力状态,降低铺装层的应变水平.分别对环氧沥青混凝土、SBS改性沥青SMA和Rosphalt改性沥青混凝土的模量及疲劳性能进行了试验评价,可以为桥面铺装结构组合设计提供参考数据.

开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学分析

该文以开口加劲肋正交异性钢桥面铺装体系作为研究对象,建立了包括桥面板和铺装的整体三维有限元分析模型,研究了荷载作用下铺装层的力学特性。分析表明,横向拉应力是开口加劲肋正交异性钢桥面铺装设计的一个重要控制指标;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装层间剪应力较大,在铺装结构设计时应注意选择具有较强抗剪强度的粘结材料;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装对车辆荷载的应力应变响应具有很强的局部效应。

正交异性钢桥面板厚度对铺装层荷载响应敏感性分析

根据线弹性理论和层状体系理论,用有限元分析方法计算分析了钢箱梁桥面板厚度参数对铺装层的弯沉量、层顶弯拉应力、粘结层与桥面板结合处的主剪切应力的分布与变化的影响作用,并给出合理的正交异性桥面结构钢桥面板厚度参数值。

正交异性钢桥面系的多目标离散优化设计

将大跨径钢桥的正交异性钢桥面板和其上的铺装层作为钢桥面铺装体系整体进行多目标优化设计。取钢桥面铺装体系结构总重量最轻及铺装层使用年限最长两类指标构造目标函数,在此基础上采用功效函数法确定了目标函数的权重系数。应用正交异性钢桥面系力学性能控制指标和疲劳寿命预测公式,建立多目标优化设计的数学模型。引入蚂蚁算法,开发了钢桥面铺装体系结构多目标离散优化设计程序。以国内某大跨径钢桥为对象,采用多目标优化设计方法,给出钢桥面铺装体系中各参数的优化值。结果表明,应用多目标优化设计方法对大跨径钢桥面铺装体系设计是可行的。研究成果可为大跨径钢桥面铺装体系结构的设计提供理论依据。

正交异性钢桥面板受力特征研究

论述正交异性钢桥面板的结构受力特点,对易出现裂纹的构造受力情况进行分析。通过ANSYS有限元软件,分别对公路正交异性桥面和铁路正交异性桥面建立模型,在移动荷载作用下,对桥面的竖向变形、横隔板部位的面外变形,以及U肋与腹板交叉部位构造的应力变化规律进行分析。研究结果表明:弧形缺口处面外和面内的变形、U肋与面板、U肋与横隔板交叉焊缝的起焊点和弧形缺口部位的最小净截面处的应力是引起正交异性板疲劳的主要因素,其主要受相邻2个横隔板范围内荷载的影响;荷载在桥宽方向只影响与其相邻(左右两侧)的两个U肋的肋角应力。

开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学分析

文章以开口加劲肋正交异性钢桥面铺装体系作为研究对象,建立了包括桥面板和铺装的整体三维有限元分析模型,研究了荷载作用下铺装层的力学特性。分析表明,横向拉应力是开口加劲肋正交异性钢桥面铺装设计的一个重要控制指标;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装层间剪应力较大,在铺装结构设计时应注意选择具有较强抗剪强度的粘结材料;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装对车辆荷载的应力应变响应具有很强的局部效应。

开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学分析

以开口加劲肋正交异性钢桥面铺装体系作为研究对象,建立了包括桥面板和铺装的整体三维有限元分析模型,研究了荷载作用下铺装层的力学特性。分析表明,横向拉应力是开口加劲肋正交异性钢桥面铺装设计的一个重要控制指标;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装层间剪应力较大,在铺装结构设计时应注意选择具有较强抗剪强度的粘结材料;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装对车辆荷载的应力应变响应具有很强的局部效应。

正交异性钢桥面疲劳分析方法研究综述

正交异性钢桥面构造细节复杂且构件间大量采用焊缝连接,在反复交变车辆载荷的作用下存在突出的疲劳开裂风险,而疲劳试验通常被认为是研究正交异性钢桥面疲劳性能的最直观有效手段。但疲劳试验周期长、成本高,直接应用于工程实践的局限性较大。为此,大量研究者基于数值模拟提出了名义应力法、结构热点应力法、局部应力法和断裂力学法等疲劳性能评价方法。这几种评价方法的原理和应用场景各不相同,并各有优缺点及其适用条件。

隔板挖孔形式对正交异性钢桥面板性能的影响

采用通用有限元分析软件ABAQUS建立某钢桥箱梁的计算模型,分析了几种不同的横隔板挖孔形式对正交异性钢桥面板构造细节处应力分布的影响,并根据分析结果推荐相对较优的钢桥面板布置形式。

纵肋截面形式对正交异性钢桥面板性能的影响

采用通用有限元分析软件ABAQUS建立某钢桥箱梁的计算模型,分析了几种不同的纵肋截面形式对正交异性钢桥面板构造细节处应力分布的影响,并根据分析结果推荐相对较优的钢桥面板布置形式。

正交异性钢桥面结构对铺装受力的影响及其优化

采用有限元方法建立一座正交异性钢桥面连续梁桥的全桥空间有限元模型;在桥面施加不利车辆荷载,分析桥面板厚度和U型加劲肋厚度等因素对桥面铺装层应力的影响。分析结果表明:横向最大拉应力对铺装层受拉开裂起控制作用;随着桥面板厚度和U肋厚度的增加,桥面铺装层所受的横向最大拉应力有所减小;顶板厚度从12 mm增加至20 mm,铺装层横向最大拉应力从0.62 MPa减小至0.52 MPa,降低16%;U肋厚度从6 mm增加至12 mm,铺装层横向最大拉应力从0.63 MPa减小至0.51 MPa,降低19%。顶板厚度变化和U肋厚度变化与铺装层受力变化均为非线性关系。

基于正交试验设计的正交异性钢桥面系多因素优化研究

以某大跨悬索桥钢箱梁为研究对象,建立精细化的局部正交异性钢桥面系有限元模型.采用正交试验设计方法,研究了最不利轮载作用下正交异性板结构参数及铺装层材料与结构参数对铺装层力学特性的影响.以钢桥面铺装体系质量最轻和铺装层横向拉应力最小为目标函数,拟合得到各变量间响应面模型,最后对正交异性钢桥面系进行优化设计.结果表明:轮载对称施加在U肋正上方时,铺装层内横向拉应力及弯沉值最大;最不利轮载作用下,铺装层弹性模量变化对铺装层横向拉应力、铺装层与钢桥面板间层间剪应力、铺装层弯沉值影响最为显著,增大铺装层厚度及弹性模量可改善钢桥面系受力状况,钢桥面板厚度变化对钢桥面系力学特性影响较小;基于响应面对正交异性钢桥面系进行多目标优化设计,减小了铺装层横向拉应力的同时,降低了结构自重,具有很好的应用价值.

大型桥梁改造工程中新制正交异性钢桥面板制造技术的研究

基于我国桥梁企业对美国纽约韦拉扎诺海峡大桥旧桥改造工程钢结构桥面板块的制造,对大型桥梁改造工程中新制钢结构桥面板块的制造技术进行了深入的探讨与研究。我国桥梁企业首次中标采用美国标准的旧桥改造工程,因此,没有成熟的施工及制造工艺可以借鉴,在该项目生产过程中应用了多项新工艺,高质、高效地完成了正交异性钢桥面的制造,满足了该项目专项技术标准及美国相关规范的要求。

考虑铺装的正交异性钢桥面系力学性能研究

以南溪长江大桥为背景,同时建立考虑(不考虑)铺装层的正交异性钢桥面系有限元模型,针对顶板-U肋连接和横隔板开孔细节,确定了相应的最不利荷载作用位置,研究了铺装层厚度、沥青混凝土的弹性模量和层间接触状态对其疲劳细节应力的影响。结果表明:正交异性钢桥面板各疲劳细节的疲劳特性存在差异,相应的最不利荷载位置并不一致;考虑铺装层时正交异性钢桥面板疲劳细节应力均有所降低,适当增加铺装层厚度、采用高性能混凝土及保持铺装层与钢桥面顶板良好接触能很好地改善疲劳细节应力。