顶板与U肋焊缝水平裂纹钻孔止裂参数研究

建立顶板与U肋有限元模型,采用扩展有限元模拟顶板弯曲荷载与U肋变形次应力作用下的水平裂纹,计算裂纹在不同作用下的应力特征及应力强度因子,对比开裂前后顶板与U肋焊缝的应力分布变化。计算止裂孔位于裂纹或其延长线相切时,不同止裂孔位置下的顶板焊趾与U肋焊趾的应力变化,对比止裂孔外侧应力,确定合理的止裂孔位置。通过实桥测试,确定钻孔止裂对缓解水平裂纹应力集中的作用。结果表明：水平裂纹在承受顶板弯曲荷载作用时,表现为张开型与撕开型的复合裂纹,在受到U肋变形产生的次应力作用时,主要表现为张开型裂纹。钻孔止裂可以缓解水平裂纹的二次开裂,为了避免钻孔后顶板焊趾与U肋焊趾应力集中,减少裂纹扩展母材的削弱,建议止裂孔边缘恰好与裂纹尖端相切。

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.

钢桥面板面外变形下顶板与U肋连接焊缝应力特征

为研究顶板与U肋面外变形对两者连接焊缝处疲劳开裂的影响,建立了顶板-U肋有限元局部模型。分析了各类面外变形工况下顶板和U肋连接焊缝局部区域的应力特征,预测了疲劳裂纹易出现的位置和类型,并讨论横隔板构造对顶板与U肋连接焊缝处疲劳裂纹的萌生以及面外变形的影响。研究表明：面外变形将导致顶板与U肋的夹角变化,角度减小处易萌生疲劳裂纹,横隔板使得裂纹开裂方向更易由垂直向水平方向转变发展。焊根处萌生的疲劳裂纹以张开型或张开-滑开型裂纹为主,而焊趾处则以滑开型为主。横隔板有效地减小了顶板和U肋的面外变形。

基于影响面范围的钢桥面板构造细节应力分析

建立不同横隔板间距的正交异性钢桥面板节段有限元模型,选取顶板与U肋焊缝细节、U肋与横隔板焊缝细节、U肋对接焊缝三种典型疲劳细节,通过改变车轮荷载的位置,得到各细节的应力影响面,根据应力与应力幅大小确定车轮纵向与横向位置的应力影响范围,以及荷载最不利位置,并结合测点的上、中、下三层表面应力分析各个构造细节的局部受力特征。结果表明：车轮荷载位置对顶板与U肋焊缝细节、U肋与横隔板焊缝细节、U肋对接焊缝的纵向影响范围均为2个横隔板间距;顶板与U肋焊缝横向影响范围为900 mm,以受弯为主; U肋与横隔板焊缝处横向影响范围为1 350 mm,存在面内受力; U肋对接焊缝的影响范围为900 mm,以拉压作用为主。