刘亮[1]2008年在《大跨度钢桁桥节点疲劳性能试验与研究》文中研究指明本文以正在修建的重庆朝天门长江大桥为背景,采用理论和试验相结合的方法,对钢桁结构栓接节点的疲劳性能展开了研究。本文首先引述了疲劳的基本理论,根据英国BS5400、美国ASSHTO规范和中国《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025-86)等关于疲劳荷载计算的规定,结合桥梁的具体情况,主要以BS5400和ASSHTO规范来计算确定公路和铁路的疲劳荷载谱,进而计算出节点连接处的内力历程例,通过线性疲劳累积损伤理论将朝天门大桥实际的变幅、高循环疲劳荷载等效为常幅、低循环疲劳荷载,从而确定出节点试验的疲劳荷载。针对重庆朝天门长江大桥试验节点的具体构造和受力状态,本文根据相似理论对试验模型进行了合理的设计,以保证模型和实桥在节点连接区域具有相同的受力状态和约束条件,并根据试验模型的有限元分析,计算出试验模型的应力分布,制定了疲劳试验实施方案。大量试验数据的采集与分析表明:在设计疲劳荷载循环前、后及各个中间阶段,各主要考查测点的静载主应力值差别很小,实测应变与荷载也大致呈线性关系,在加载和卸载两个过程中具有很好的对称性(可恢复性),而且每次静载试验的应变值基本接近;试验节点连接构造未发现裂纹。从而得出节点连接结构在正常养护维修情况下,设计寿命期内不会发生疲劳开裂的结论。为了研究朝天门长江大桥试验节点可能的使用寿命,对重庆朝天长江大桥主桁与横梁连接节点试验模型开展了超长服役期内超负荷疲劳试验的进一步研究。通过对比有限元计算结果与试验结果,验证了本次试验数据的可靠性,基本上可以反映实桥的受力状态,能够作为实桥工作状态的依据。利用有关知识和以往的研究成果,结合相关规范的验算,进一步说明了试验节点的可靠性。节点连接结构试验模型的设计寿命期疲劳试验表明:重庆朝天门长江大桥纵梁与横梁连接节点的疲劳强度符合设计要求。
任伟平[2]2004年在《钢桥整体节点疲劳性能试验与研究》文中认为整体节点是近年来在大跨度钢桁桥中采用的一种新型结构型式。整体节点属于厚板焊接，不仅焊缝密集，而且焊缝类型多样。在车辆移动荷载作用下，这种复杂焊接结构的疲劳可靠性有待于进一步研究。本文结合重庆菜园坝公轨两用长江大桥轨道横梁与整体节点连接可靠性疲劳试验，重点研究了疲劳试验荷载的取值，同时分析了该桥整体节点构造细节的疲劳性能。 首先，本文介绍了钢桥疲劳的一些基本概念：分析了影响钢桥疲劳的主要因素；比较各种疲劳损伤累积理论计算方法的优缺点。 其次，简要介绍了目前国内外对钢桥疲劳荷载谱的研究状况，分别讨论了公路和铁路钢桥疲劳荷载谱的制定方法，具体给出了英国、美国等国家桥梁设计规范中对钢桥疲劳荷载谱的两种计算方法，进一步对比分析这两个规范公路疲劳荷载谱计算方法的优缺点。 最后，以重庆菜园坝长江大桥为背景，重点研究了公轨两用钢桁桥疲劳荷载谱的制定方法，提出了重庆跨座式轨道交通荷载作用下的桥梁荷载谱。在此基础上，给出该桥轨道横梁与整体节点连接可靠性疲劳试验的试验荷载，设计了本次疲劳试验的试验模型。通过对疲劳试验模型的有限元分析，计算出试验模型的应力分布，并制定出疲劳试验方案。
左广超[3]2013年在《双层吊桥钢桁架整体节点疲劳性能分析与试验研究》文中研究表明为了满足交通事业飞速向前发展的需求,大跨径双层钢桥的建设在未来将会占有重要地位,在这种钢桥上采用整体节点连接技术成为一个必然趋势,整体节点是在较厚钢板之间进行焊接,焊缝多而交错复杂,所以对大跨径双层钢桥整体节点疲劳的试验研究就显得尤为重要。本文以大连星海湾跨海大桥主桥为研究背景,采用大型商业有限元软件Ansys-Workbench对该桥整体节点进行仿真疲劳分析,并根据有限元分析结果制定了疲劳试验方案,通过对比试验值和分析值,确定了有限元分析软件的可靠性和钢桥的抗疲劳性能。首先,本文由疲劳事故引出疲劳相关概念的介绍,通过比对线性积伤理论与非线性积伤理论的不同,说明两种理论各自的适用范围,并阐述了两者的优缺点。其次,从断裂力学的角度出发,分析了疲劳断裂的几个阶段,各自给出疲劳源区、稳扩区、瞬断区的特征说明,从宏观与微观上论述疲劳断裂与普通静载断裂的区别和共性,为读者了解疲劳断裂机理提供了参考。再次,文章分别对英国BS5400规范和美国AASHTO规范进行介绍,鉴于国内类似的成桥成功经验结合大连市内交通状况拟定了荷载的选取,确定选用BS5400"标准疲劳车”作为试验荷载,运用相关的公式计算出等效的应力,并通过有限元分析制定内力影响线,找出全桥最不利的位置,为整体节点的仿真分析提供依据。最后,在对模型200万次加载试验过程中,分别在50万次、100万次、150万次、200万次的时候采集静载情况下的测量值,对比得出所测的最大应力值均接近于理论上最大应力值,通过对各阶段数据综合分析,得出材料经过200万次循环加载能保持良好的线弹性,并且大多数的测点的数值比较接近理论分析值,相对误差在允许的范围内。说明了采用Ansys-Workbench软件分析钢桥整体节点疲劳时可行的。
周祖勇[4]2008年在《钢桥纵梁与横梁交叉节点疲劳寿命研究》文中认为近年来,随着大跨度钢桁梁桥的迅速发展,纵梁与横梁的连接节点一般采用角钢和高强度螺栓进行连接,其构造复杂、受力较大,因此,纵梁与横梁连接的疲劳性能,对整个桥梁的安全性能的影响非常重要。本文采用理论与试验相结合的方法,以重庆朝天门长江大桥为背景,重点研究了该桥纵梁与横梁交叉节点连接区域的疲劳性能和寿命。本文首先简要介绍了钢桥疲劳的一些基本概念,阐述了疲劳分析的基本理论和影响结构疲劳寿命的主要因素;结合重庆朝天门长江大桥纵梁与横梁交叉节点的实际工作情况,确定节点的疲劳类型属于高周疲劳,采用名义应力法估算疲劳寿命。其次,运用ABAQUS有限元软件建立了计算模型并进行了静力分析,再通过纵梁与横梁交叉节点试验模型的静力试验,了解了试验模型的受力状况;然后根据ABAQUS有限元的应力分析结果和疲劳中的荷载幅值,以及试验模型所用材料的疲劳属性,运用疲劳分析软件MSC.Fatigue对试验模型进行疲劳寿命分析;最后,通过比较节点模型的疲劳试验结果和理论计算结果,结合相关规范的疲劳检算,对重庆朝天门长江大桥纵梁与横梁交叉节点连接区域的疲劳性能进行评估。
仇兆吉[5]2016年在《济南黄河公铁两用桥钢拉杆锚固形式节点试验与理论研究》文中研究表明青太高速铁路是煤运南通道的重要组成部分,属于中国客运专线“四纵四横”建设战略中一横。石济客运专线是在青太高速铁路中处于承上启下的重要组成部分,其中济南黄河公铁两用桥为石济铁路客运专线济南段重点控制工程。济南黄河公铁两用桥(128+3×180+128)m采用了刚性悬索加劲弦连续钢桁梁的结构形式,这种结构在国内公铁两用桥上属于首次应用。该桥首次设计和采用钢拉杆锚固形式节点,即刚性悬索加劲弦及其吊杆采用整体节点的连接方式。整体节点连接具有施工方便,受力性能好等优点。然而,目前国内缺乏对于该类节点的静力和疲劳性能的试验和理论研究。为确保济黄黄河公铁两用桥刚性悬索加劲弦结构的运营安全,需要开展对钢拉杆锚固形式节点的静力性能和疲劳性能的试验和理论研究。本文的研究将为济南黄河公铁两用桥的设计优化和安全施工提供科学依据。本文开展了如下研究工作：(1)为开展钢拉杆锚固形式节点的静力和疲劳试验研究,提出了比例为1：1的足尺试验模型的设计方案,研发了相适应的大型自平衡加载装置,并针对此试验设计了加载和测试方案。(2)开展了钢拉杆锚固形式节点静力试验,研究了该节点在设计荷载下传力路径和应力分布。试验结果表明,钢拉杆锚固形式节点的静力性能是安全可靠的。(3)开展了钢拉杆锚固形式节点疲劳试验和破断试验,研究了该节点在疲劳循环荷载下的破坏情况。试验结果表明,钢拉杆锚固形式节点在200万次循环荷载后没有损坏,依然具有3.62倍的安全系数。(4)开展了钢拉杆锚固形式节点的静力模拟,确定了有限元模型的材料本构关系模型,以及复杂的加载方式和边界条件,比较了有限元计算结果和静力试验结果。结果表明,钢拉杆锚固形式节点在设计荷载下的静力性能是安全可靠的。(5)开展了钢拉杆锚固形式节点的疲劳性能评估,分别应用了名义应力法和等效结构应力法对该节点的焊缝疲劳性能进行了评估,并用FE-SAFE软件进行了疲劳寿命估算。结果表明,钢拉杆锚固形式节点的抗疲劳设计是安全可靠的。
史晶[6]2016年在《大跨径双层公路悬索桥钢桁梁整体焊接节点疲劳试验研究》文中研究表明自从孙口黄河大桥首次采用钢桁梁整体焊接节点以来,我国相继建成了多座采用整体节点技术的大跨径钢桥。目前在建的武汉杨泗港长江大桥主跨达到1700米,是国内跨度最大的钢桁梁双层公路悬索桥,主桁架采用了整体焊接节点技术。整体焊接节点适合工厂预制,现场拼装焊接,不仅可以保证工程质量的稳定,而且可以大幅缩短施工周期。但是整体焊接节点焊缝构造复杂,通过有限元分析难以准确地评估整体焊接节点处的疲劳性能,所以进行整体焊接节点的多轴疲劳试验是十分必要的。目前相关的试验研究大多是以桁架加载的方式进行的,模型节点处的应力分布和受力历程不能精确模拟实际情况。本文以武汉杨泗港长江大桥做为工程背景,通过有限元模拟与多轴疲劳试验相结合的研究方式,对其进行疲劳性能的评估。首先,采用有限元软件Midas/Civil建立武汉杨泗港长江大桥的叁维有限元模型,选用《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)中规定的疲劳荷载模型II作为疲劳车进行移动荷载分析,选取出全桥范围内应力幅最大的节点,将此节点作为本文的研究对象。其次,根据英国BS5400规范中关于疲劳计算的相关规定和Miner准则,计算出所选取研究对象各杆件疲劳加载200万次的等效加载轴力幅。最后,确定试验模型的缩尺比例并按照缩尺比例计算试验等效轴力幅。对试验模型进行疲劳加载试验,每疲劳加载20万次后进行静力加载,同时观察试验模型的疲劳关键区域是否出现疲劳裂纹。在疲劳加载200万次后,试验模型未出现任何疲劳裂纹,并且实测应力与有限元分析计算的理论值符合较好,表明该试验的结果是可靠的,从而得出结论,武汉杨泗港长江大桥的整体焊接节点抗疲劳性能满足设计要求。
廖平[7]2018年在《钢桁桥主梁新构造细节的疲劳性能试验及疲劳寿命评估方法研究》文中研究指明由于钢桥具有自重轻、跨越能力大、施工快捷等诸多优点,已被广泛应用于大跨度公路与铁路桥梁中。目前,钢桥在服役过程中车辆超载现象日益严重,加上管理维护措施不到位,疲劳问题日趋突出。在钢桥设计与建造中存在一些局部几何构造、应力场复杂的焊接细节,针对这些焊接细节的疲劳性能需进行深入研究。因此本文以钢桁桥主梁新构造细节为研究对象,开展主梁新构造细节的疲劳性能试验及疲劳寿命评估方法研究。主要研究内容、方法和研究成果如下:(1)收集并阐述了钢桥疲劳寿命评估方法的研究现状,介绍了疲劳设计准则和抗疲劳设计方法,归纳总结了疲劳性能的影响因素。(第1章)(2)设计并开展了15个主梁新构造细节疲劳试件的疲劳性能试验,测试了各主梁新构造细节疲劳试件的加载应变和疲劳寿命,分析了疲劳破坏过程及疲劳损伤发展历程,基于疲劳试验结果拟合了主梁新构造细节中带过焊孔的焊接细节和过焊孔处填半圆弧板的焊接细节的S-N曲线。(第2章)(3)采用ANSYS有限元软件建立了主梁新构造细节的叁维有限元模型,对比分析了主梁新构造细节的静力加载应变测试结果与有限元计算结果,研究结果表明:测试结果与有限元计算结果较为吻合。介绍了焊接细节局部应力集中系数的影响因素,结合主梁新构造细节的几何构造参数和焊接参数,探讨了板件厚度、填板厚度、对接焊缝参数、板件间隙宽度、焊缝熔深参数和初始几何缺陷对主梁新构造细节的翼缘板、腹板和焊缝应力集中系数的影响规律。研究结果表明:对主梁新构造细节中带过焊孔的焊接细节局部应力集中系数影响显着的因素主要有板件厚度、过焊孔半径,对主梁新构造细节中过焊孔处填半圆弧板的焊接细节局部应力集中系数影响显着的因素主要有填板厚度、焊脚尺寸、板件厚度、过焊孔半径、板件间隙参数,对主梁新构造细节中焊缝错开的焊接细节局部应力集中系数影响显着的因素主要有初始几何缺陷、对接焊缝余高、板件间隙参数。(第3章)(4)介绍了热点应力法的基本原理,归纳总结了表面外推法、厚度线性化法、Dong法、1 mm法和等效热点应力法等热点应力计算方法,采用ANSYS所建立的主梁新构造细节叁维有限元模型讨论了单元类型和焊接细节局部构造处理方式等热点应力影响因素,应用表面外推法、Dong法、1 mm法计算了主梁新构造细节的热点应力,进行了主梁新构造细节的疲劳寿命预测,并对各方法的预测结果作了对比分析。研究结果表明:单元类型和焊接细节局部构造处理方式对热点应力外推计算结果具有显着的影响,推荐采用两点外推法和SOLID45单元进行主梁新构造细节的热点应力外推计算,并应将热点应力外推点选择在0.5t范围之外。采用热点应力法进行主梁新构造细节的疲劳寿命预测评估时宜优先选用表面外推法,其次可选择厚度线性化法和Dong法。(第4章)(5)阐述了线弹性断裂力学的基本理论,介绍了裂纹尖端附近的应力场和位移场,采用ANSYS建立了主梁新构造细节的叁维断裂力学有限元模型,应用位移法计算了主梁新构造细节裂纹尖端的应力强度因子,讨论了主梁新构造细节的几何参数和裂纹参数对其应力强度因子的影响规律,拟合了不同裂纹形状比下主梁新构造细节的裂纹形状修正系数函数,并结合Paris公式预测了主梁新构造细节中带过焊孔的焊接细节的疲劳裂纹扩展寿命。研究结果表明:裂纹形状比和半裂纹长度对主梁新构造细节的应力强度因子影响显着,主梁新构造细节的几何参数对其应力强度因子也有一定程度的影响,其应力强度因子K_I最大值均在裂纹最深点处取得。(第5章)(6)介绍了叁种疲劳可靠度分析模型,阐述了主梁新构造细节疲劳可靠性分析中随机变量的分布类型及参数取值,基于线弹性断裂力学的计算分析结果及裂纹形状修正系数函数建立了主梁新构造细节的疲劳极限状态方程,采用JC法计算了主梁新构造细节的疲劳可靠指标,讨论了随机变量的参数取值对其疲劳可靠指标的影响,结合所指定的目标可靠指标给出了主梁新构造细节中带过焊孔的焊接细节的检测周期。研究结果表明:带过焊孔的焊接细节的疲劳可靠指标对疲劳扩展参数C均值、C变异系数和初始裂纹尺寸均值、裂纹形状比较为敏感,而不受初始裂纹尺寸变异系数的影响,该焊接细节的检测维修周期为疲劳荷载累积循环加载198.3万次所对应的服役时间。(第6章)
竹昱宾[8]2018年在《腐蚀后耐候钢栓焊节点的疲劳性能试验研究》文中研究说明耐候钢(WeatheringSteel),也被称为耐大气腐蚀钢。与普通碳钢相比,其在大气环境下具有较好的耐腐蚀性。它仅含少量合金元素,是属于低合金高强度钢的一种。耐候钢中合金成分主要为Cu、P、Cr、Ni等元素,这些元素使其在金属基体表面上形成致密且连续的稳定锈层。外表的保护锈层能阻碍锈蚀进一步往里扩散和发展,从而达到保护锈层下的基体,减缓腐蚀速率的效果,提高了钢材的耐大气腐蚀性能。本文主要针对栓焊节点耐候钢梁腐蚀后疲劳性能开展试验研究,以获得腐蚀后耐候钢栓焊节点的疲劳性能,并与普通钢梁栓焊节点的疲劳性能做对比,为耐候钢裸露使用提供试验依据。论文首先设计并实施对Q355NHD栓焊节点耐候钢梁的乙酸盐雾循环试验,详细阐述了试件制备过程,并观察腐蚀后耐候钢栓焊节点及标定试件的形貌。通过与已有Q235钢的加速腐蚀试验对比,获得耐候钢栓焊节点在自然大气环境下相应的腐蚀时间。接着设计并实施了腐蚀后的栓焊节点耐候钢梁的疲劳试验。详细描述了试件疲劳破坏过程以及相应的疲劳寿命。根据试验数据拟合栓焊节点的应力-疲劳寿命(S-N)曲线,包括Basquin模型以及叁参数模型。对比Q370qE栓焊节点普通钢梁的疲劳现象以及试验结果,结果表明,栓焊节点的疲劳性能主要由焊缝控制,耐候钢栓焊节点并未由于锈蚀而降低该处焊接的疲劳性能,因此在工程疲劳设计中,无需对腐蚀后耐候钢栓焊节点进行额外的疲劳设计。最后,实施了 Q355NHD耐候钢板式试件的室内加速腐蚀和疲劳试验,以探究耐候钢母材的疲劳性能,并与已有耐候钢板式试件对比。阐述了试件制备,并介绍了试件的疲劳试验结果及其断口形态。研究表明,修正后的耐候钢S-N曲线在原S-N曲线的上方,即原S-N曲线估算的疲劳强度偏保守。原腐蚀后耐候钢S-N曲线虽没有耐候钢板式试件长周期疲劳的试验点,但其得到的耐候钢S-N曲线对长周期的疲劳强度估计仍具有一定的参考意义。
刘晓光[9]2015年在《铁路钢桥疲劳研究进展》文中进行了进一步梳理近年来,我国铁路的运输格局发生了较大变化:一方面,建成了大量的高速铁路,铁路钢桥跨度不断增大,同时出现了大量新型构造细节;另一方面,既有铁路将逐步以货运为主,钢桥面临着轴重增加和运量增大的挑战。此外,我国将新建轴重30 t级专用重载铁路,在轴重显着增加的情况下,钢桥构造细节的疲劳问题也更为严峻。疲劳一直是钢桥研究领域中一项重要的课题,在新的运输形势下,新型构造细节的疲劳设计以及既有钢桥的疲劳评估,均成为目前铁路钢桥研究中需要更加重视的课题之一。本文从铁路钢桥疲劳设计方法、设计荷载、性能试验和寿命评估等角度出发,对铁路钢桥疲劳研究现状进行了分析,提出了需要进一步研究的关键技术问题。
陶晓燕[10]2008年在《大跨度钢桥关键构造细节研究》文中研究说明索梁锚固结构、正交异性钢桥面板和整体节点是大跨度钢桥在设计和制造中的关键构造,它们的受力特点和疲劳性能非常复杂,并且在这些部位最容易出现裂纹,是影响桥梁安全运营的关键所在,所以针对这些构造的研究是目前桥梁研究的难点和热点。本论文目的在于验证新结构型式的安全可靠性,研究它们的受力形态和疲劳性能,并有针对性地进行构造优化。主要进行了以下叁个方面的研究：①对一种新索梁锚固结构在5种工况下的受力进行模型试验和理论分析；②分析了正交异性钢桥面板各构造细节处的疲劳应力和性能,并对疲劳损伤最为严重的构造进行优化；③针对整体节点部位出现的新结构型式的疲劳构造问题进行了相应研究。主要研究成果如下：①验证了一种新型索梁锚固型式的安全性,分析了应力分布、传力途径和控制细节；②得出了正交异性钢桥面板各种可能构造的疲劳性能、近端和远端荷载对结构受力的影响规律,以及疲劳损伤最为严重的构造细节的优化构造图式；③得到了整体节点与桥面系连接部位的一系列新构造的疲劳S-N曲线,主板厚度对横隔板附连件焊缝的疲劳影响关系,以及次应力对疲劳的影响关系。本论文有以下创新点：①针对一种新索梁锚固结构,采用理论计算和模型试验相结合的方式,通过对比优化分析来验证设计采用的结构的安全可靠性,并得出了它的传力途径和主要控制细节。②首次从整体体系和局部体系来分析近端和远端荷载对正交异性钢桥面板各构造细节应力的影响,考虑制造和施工来归纳各种构造细节的疲劳性能,创新性地通过构建优化函数来获得纵肋下翼缘与次横梁或横梁腹板交叉部位构造细节的合理布局。③针对整体节点部位出现的新构造,通过疲劳实验首次获得其疲劳性能,并从箱形杆件板厚系数和次应力这些新角度来进行疲劳问题的研究。
参考文献：
[1]. 大跨度钢桁桥节点疲劳性能试验与研究[D]. 刘亮. 重庆交通大学. 2008
[2]. 钢桥整体节点疲劳性能试验与研究[D]. 任伟平. 西南交通大学. 2004
[3]. 双层吊桥钢桁架整体节点疲劳性能分析与试验研究[D]. 左广超. 大连理工大学. 2013
[4]. 钢桥纵梁与横梁交叉节点疲劳寿命研究[D]. 周祖勇. 重庆交通大学. 2008
[5]. 济南黄河公铁两用桥钢拉杆锚固形式节点试验与理论研究[D]. 仇兆吉. 合肥工业大学. 2016
[6]. 大跨径双层公路悬索桥钢桁梁整体焊接节点疲劳试验研究[D]. 史晶. 武汉理工大学. 2016
[7]. 钢桁桥主梁新构造细节的疲劳性能试验及疲劳寿命评估方法研究[D]. 廖平. 西南交通大学. 2018
[8]. 腐蚀后耐候钢栓焊节点的疲劳性能试验研究[D]. 竹昱宾. 浙江大学. 2018
[9]. 铁路钢桥疲劳研究进展[J]. 刘晓光. 铁道建筑. 2015
[10]. 大跨度钢桥关键构造细节研究[D]. 陶晓燕. 中国铁道科学研究院. 2008
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