正交异性钢桥面板纵肋与横隔板的主导开裂模式研究

为给正交异性钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节的正交异性抗疲劳设计提供理论依据,以某大桥正交异性钢桥面板设计方案为背景,建立包含纵肋与横隔板交叉构造细节的正交异性钢桥面板有限元模型,分析关键结构设计参数对该构造细节各开裂模式应力幅的影响,以及该构造细节主导开裂模式的迁移机制。结果表明:纵肋与横隔板交叉构造细节各开裂模式的纵向应力影响线主要分布在关注部位相邻跨范围内,横向应力影响线主要分布在关注部位相邻2个纵肋范围内;顶板厚度对各开裂模式应力幅影响较小,不会使主导开裂模式迁移;横隔板厚度和间距对各开裂模式应力幅影响程度的差异显著,随着横隔板厚度和间距的增加,该构造细节的主导开裂模式发生迁移。

穿心板式钢管混凝土柱-钢梁栓焊连接节点力学性能分析

该文提出两种适用于窄截面钢管混凝土柱的穿心板式栓焊节点,两种节点的下翼缘和腹板采用螺栓连接,上翼缘采用焊接连接。该节点既能有效避免室内凸角的出现,又能解决全螺栓连接节点需要预留安装缝、节点刚度偏低的问题,同时具有可快速装配、方便混凝土浇筑等优点。该文阐述了节点的构造、加工及装配过程、设计原理;基于单调加载试验建立有限元模型,分析了该节点的受力过程、破坏模式、刚度和延性。结果表明:有限元模型分析结果与试验吻合较好;穿心板式栓焊连接节点的主要破坏模式为梁受压翼缘的屈曲及相邻腹板的鼓曲,节点塑性铰远离节点核心区,符合强节点弱构件的设计原理;节点属于刚性连接,具有较大的刚度和承载力、较好的延性。

超深地下连续墙钢筋笼的制作工艺优化

为更好地控制超深地下连续墙施工过程中钢筋笼制作的质量,对钢筋笼的制作工艺进行了研究。针对特殊的HRB600型钢筋脆性较大的性能,采取先多次预热的措施;对超深地下连续墙钢筋笼采用2根主筋与吊点钢板相连的措施,确保钢筋笼起吊时吊点受力均衡;通过建模分析钢筋笼笼底受力情况,加强刚性接头在笼底处与钢筋的连接。通过上述措施,确保了钢筋笼的施工质量,积累的经验可供类似工程借鉴。

深圳至中山跨江通道钢桥面板结构疲劳试验研究

正交异性钢桥面板的疲劳开裂问题是制约桥梁工程可持续发展的关键难题,亟需发展具有高疲劳抗力特性的正交异性钢桥面板结构。依托深圳至中山跨江通道项目,在钢桥面板结构中同时引入纵肋与顶板新型双面焊构造细节和纵肋与横隔板新型交叉构造细节两类构造细节,设计9个足尺节段模型,通过模型试验确定了纵肋与顶板传统单面焊构造细节和新型双面焊构造细节、纵肋与横隔板传统交叉构造细节和新型交叉构造细节的疲劳开裂模式和实际疲劳抗力;采用扫描电子显微镜(SEM)确定了不同制造工艺条件下纵肋与顶板焊接细节的初始制造缺陷尺度;采用等效结构应力法确定了两类细节各疲劳开裂模式的疲劳抗力。研究结果表明:纵肋与顶板传统单面焊构造细节的疲劳裂纹起裂于顶板焊根并沿顶板厚度方向扩展,其疲劳抗力为95.1~98.7MPa,新型双面焊构造细节的疲劳裂纹起裂于顶板内侧焊趾并沿顶板厚度方向扩展,其疲劳抗力为108.5~123.2MPa,且在相同加载条件下,双面埋弧焊构造细节的疲劳抗力高于双面焊气体保护焊构造细节的疲劳抗力;传统单面焊构造细节焊根的初始制造缺陷尺度显著大于新型双面焊构造细节焊趾的初始制造缺陷尺度,且双面埋弧焊的初始制造缺陷尺度小于双面气体保护焊的初始制造缺陷尺度,初始制造缺陷尺度的差异是不同制造工艺条件下纵肋与顶板焊接细节疲劳抗力存在差异的主要原因;纵肋与横隔板传统交叉构造细节的疲劳裂纹起裂于纵肋腹板焊缝端部焊趾并沿纵肋腹板扩展,新型交叉构造细节的疲劳裂纹起裂于纵肋底板焊缝端部焊趾并沿纵肋底板扩展,两类构造细节的起裂次数基本一致,但新型构造细节的疲劳裂纹扩展速率远低于传统构造细节的疲劳裂纹扩展速率;纵肋与顶板焊接构造细节和纵肋与横隔板交叉构造细节各疲劳开裂模式的实际疲劳抗力基本位于主S-N曲线±2σ之间。

正交异性板纵肋-盖板连接的疲劳应力对比分析

为研究新型热轧纵肋正交异性钢桥面板的纵肋-盖板焊接接头的疲劳性能,以已有大跨度公路桥梁为背景,分别建立传统典型纵肋桥面板和新型热轧纵肋桥面板模型,利用ABAQUS有限元程序对多种轮位加载工况下2种桥面板的焊接接头关注点的疲劳应力幅进行对比分析,并分析了内横隔板对降低肋壁关注点应力幅所起的作用。研究表明,与典型纵肋桥面板相比,新型纵肋正交异性钢桥面板盖板上的应力关注点应力幅更小,而肋壁上的关注点应力幅稍大;在新型纵肋桥面板的肋壁内增设顶部小横隔板可降低其在荷载作用下产生的应力幅值;新型纵肋正交异性钢桥面板在自重和加工成本方面工程应用前景良好。

U肋与横隔板焊接构造细节疲劳强度研究

为研究在车辆荷载反复作用下,正交异性钢桥面板U肋与横隔板焊缝构造细节处的疲劳强度是否满足疲劳设计要求,以九江长江公路大桥钢箱梁结构为研究对象,设计疲劳试样进行疲劳试验,得到了用于该构造细节处疲劳寿命评估的失效概率分别为50%及2.3%的应力幅~循环次数曲线,参照Eurocode 3规范,将疲劳曲线延长至长寿命区,提出适合该细节处的疲劳设计曲线及方程。依据实测车辆荷载谱及简化的有限元模型,选择合理的加载方式与荷载冲击系数,计算得到关注点的应力~时间历程曲线,并评估该构造细节的疲劳寿命。结果表明,在实测荷载谱作用下,该细节处最大应力幅值为24.49MPa,小于疲劳截止限,其疲劳强度满足疲劳设计要求。

纵肋与横隔板交叉构造细节穿透型疲劳裂纹扩展特性及其加固方法研究

纵肋与横隔板交叉构造细节是正交异性钢桥面板最易发生疲劳开裂的构造细节,通过建立有限元数值模型,采用断裂力学方法,研究栓接角钢加固方式对该处疲劳易损细节穿透型裂纹的加固效果。基于疲劳试验足尺节段模型相对应有限元模型,建立了纵肋与横隔板焊接处穿透型疲劳裂纹模型,针对栓接角钢和纵肋外侧栓接钢板两种加固技术的加固效果进行评估。研究结果表明:钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节的疲劳裂纹扩展至一定长度后将发展成穿透型裂纹,裂纹面受力复杂,纵肋腹板内外侧疲劳裂纹扩展特性表现的不一样,但是随着裂纹扩展的逐步进行,裂纹尖端的开裂模式均以复合型开裂为主;栓接角钢加固方式主要抑制纵肋与横隔板交叉构造细节易损部位疲劳裂纹的I型开裂,因此能很好地抑制短裂纹的扩展,但对于该细节处以复合形式扩展的穿透型疲劳裂纹的加固效果并不显著;在纵肋外侧栓接半U形钢板的加固方法能有效改善穿透型疲劳裂纹的等效应力强度因子,并且加固之后均保持在裂纹扩展阈值以下,表明该加固方式对穿透型疲劳裂纹有良好加固效果。

钢桥面板纵肋与横隔板焊接细节疲劳开裂的加固研究

为研究钢桥面板疲劳开裂部位栓接角钢的加固方法,采用足尺模型试验对纵肋与横隔板焊接细节疲劳裂纹的加固效果进行研究,采用ANSYS建立了含有疲劳裂纹的有限元模型,并基于断裂力学理论对比研究疲劳裂纹不同长度条件下的加固效果.研究结果表明:纵肋与横隔板焊接细节的疲劳裂纹起裂于焊趾并沿纵肋腹板扩展,采用栓接角钢加固后可以使开裂部位关键测点的主拉应力和裂尖各测点的应变分别降低56%和80%,能够有效抑制疲劳裂纹的扩展;栓接角钢加固后裂尖的应力强度因子幅值最少降低80%,裂纹扩展速率显著降低;对贯穿纵肋腹板前不同长度的疲劳裂纹进行加固,裂尖应力强度因子幅值均降低60%~90%,但随着疲劳裂纹长度的增加,栓接角钢的加固方法对裂纹扩展的抑制效果不断降低,加固时机的合理选取是影响加固效果的关键因素之一.

制作误差对纵肋与横隔板焊接细节疲劳抗力的劣化效应

纵肋与横隔板焊接细节是正交异性钢桥面板中的典型疲劳易损细节。受到制作焊接技术等因素的制约,该处构造细节的制作误差难以完全规避。为探究其对关注细节疲劳抗力的劣化效应,针对模型试验中产生的制作误差,基于线弹性断裂力学的扩展有限元方法(XFEM),建立含裂纹有限元模型。通过对构造细节的第一主应力场以及断裂力学计算结果的分析对比,得到制作误差对纵肋与横隔板焊接细节疲劳抗力的劣化效应。研究结果表明:试验模型中产生了横隔板犄角切割垂直度误差(Ⅰ区)与横隔板开孔切割断面凹陷误差(Ⅱ区),其中I区制作误差的产生难以改变疲劳裂纹开裂模式;Ⅱ区制作误差削弱了横隔板开孔犄角处的纵向刚度,减轻了横隔板对围焊下方的约束;Ⅱ区制作误差一旦产生,横隔板弧形开孔处Ⅰ—Ⅲ型应力强度因子幅值均会迅速增大,随着制作误差的增加,Ⅰ—Ⅲ型应力强度因子幅值増势减缓。相对于无制作误差工况,Ⅱ区初始制作误差工况关注细节疲劳寿命减少了21. 4%,试验制作误差工况关注细节疲劳寿命减少了28. 5%。

正交异性钢桥面板疲劳裂纹试验和数值分析

横隔板开孔和U肋与横隔板连接焊缝端头部位是正交异性钢桥面板的疲劳敏感部位,容易过早、过多地出现疲劳裂纹。为了研究疲劳裂纹产生的原因,以某钢箱梁悬索桥为背景,针对其正交异性钢桥面板制作节段模型进行疲劳试验和扩展有限元分析,考虑横隔板面外变形的影响,研究横隔板开孔部位、U肋与横隔板连接焊缝端头部位疲劳裂纹的产生和扩展。结果表明:节段模型经200万次疲劳荷载作用后,横隔板开孔处出现长7.5mm的裂纹,260万次后扩展到31mm;考虑顶板和横隔板之间的相对水平位移(1.21mm)时,各测点的面内应力计算值与实测值整体吻合良好;横隔板开孔断面最小处的应力达60 MPa,热点应力达到或超过该细节的常幅疲劳极限70MPa,在此处产生裂纹;横隔板的面外变形是诱发横隔板开孔处裂纹的根本原因,热点应力和结构缺陷促使了裂纹的产生。

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。

地下连续墙接缝缺陷预防及处理

本文作者通过研究分析实际工程施工,同时结合自身的施工经验,以地质情况作为基础讨论了在实际施工过程中地下连续墙H型钢接头可能出现的缺陷,并提出了预防这些缺陷的具体措施,达到降低其他地铁车站在使用地下连续墙技术施工时出现问题的机率的目的。

方钢管混凝土柱-H钢梁上环下贯栓焊混合节点抗震性能数值模拟

为了解决钢结构中钢梁下翼缘焊缝根部易发生脆性断裂的问题,提出一种兼有外环板和贯通隔板的新型栓焊混合装配方钢管混凝土柱-H钢梁连接节点。采用有限元ABAQUS对其进行数值模拟,研究该节点的传力机理、屈服机制、破坏模态和耗能性能。通过有限元参数分析,深入研究轴压比、宽厚比以及外环板厚度对节点抗震性能的影响。结果表明:节点呈现典型弯曲破坏模式,塑性铰发生在梁上翼缘与外环板连接处,节点屈服始于翼缘塑性铰区,经由翼缘扩展至腹板,继而钢管混凝土柱屈曲,最终上翼缘焊缝断裂破坏,且节点表现出良好的转动性能;增大钢管宽厚比和外环板厚度均可提高节点承载力,建议钢管宽厚比取值为35~45,钢梁翼缘与外环板厚度及钢材强度一致。

装配式地连墙横向焊接缝抗弯性能数值模型分析

[目的]预制装配式地下连续墙(以下简称“地连墙”)幅内横缝是整幅地连墙结构的薄弱部位,因此有必要对接缝刚度及其强度特性进行研究。[方法]结合基坑工程中常用的地连墙,介绍了一种新型预制装配式地连墙横向焊接缝形式,采用数值模拟方法研究了所提新型接缝在弯矩作用下的受力变形规律。[结果及结论]在弯矩作用下,接缝受拉侧角钢端部位置混凝土拉应力最大,接缝受压侧角钢端部位置混凝土压应力最大,接缝以受拉侧混凝土受拉开裂为破坏起始标志。构件的挠度曲线在接缝处基本没有发生突变,接缝的变形性能良好,能够有效阻止接缝处渗漏水。接缝受拉侧的角钢、焊缝及钢筋应力较受压侧大,在受拉侧混凝土产生裂缝后,预制构件的角钢、焊缝及钢筋应力均处于较低水平。

天津于家堡综合交通枢纽贝壳形超大跨度单层网壳结构设计关键技术

天津于家堡综合交通枢纽站房屋盖采用单层网壳结构,其建筑外观为贝壳形,目前是国内跨度最大的单层网壳结构。焊接箱形杆件呈空间双螺旋交织布置,为非规则空间曲面造型。结合于家堡单层网壳结构,详细分析了其在跨度、建筑造型、网格形式、节点形式、杆件截面和内力、支座约束、施工方法等方面在工程上实现的诸多突破和创新,形成了独有的工程特点,诸如网格形状大小无一相同、一个节点一种构造、杆件同时承受轴力、双向弯矩、双向剪力以及扭矩的复杂内力、支座水平推力较大等。同时分析了这些突破和创新给网壳结构设计、施工等方面带来的一系列关键技术问题,并且针对这些关键技术问题提出了十字隔板焊接节点、双支座模型等解决措施,为大跨度、非规则单层网壳结构设计提供参考。

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。