基于扩展有限元法的钢桥面横隔板弧形切口疲劳裂纹扩展特性研究

作     者：向泽 刘力 祝志文 XIANG Ze;LIU Li;ZHU Zhiwen

作者机构：湘西南绿色建造与智能监测湖南省普通高等学校重点实验室湖南邵阳422000 邵阳学院竹纤维建造材料湖南省工程研究中心湖南邵阳422000 中铁桥研科技有限公司湖北武汉430034 汕头大学土木与智慧建设工程系广东汕头515063 

出 版 物：《桥梁建设》 (Bridge Construction)

年 卷 期：2024年第54卷第3期

页      面：46-53页

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52278509) 湖南省自然科学基金项目(2022JJ50030) 湖南省教育厅科学研究项目(21B0684)~~ 

主　　题：正交异性钢桥面板 模隔板 弧形切口 疲劳 裂纹 应力强度因子 热残余应力 扩展有限元法 

摘      要：为了解正变异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳开裂的规律,以某跨径350 m的独塔单跨钢箱梁自锚式悬索桥为背景,基于扩展有限元法建立纵肋-横隔板弧形切口多尺度裂纹扩展数值模型,求解弧形切口在轮载作用下的应力强度因子,分析轮载-热残余应力耦合作用下的疲劳裂纹扩展形态和特性。结果表明:当顺桥向车轮作用于弧形切口正上方时,应力强度因子急剧增大,基于该响应曲线可以识别疲劳荷载模型的轴组,但无法识别轴组内的单轴。弧形切口切向热残余拉应力峰值达到341.1 MPa,使得轮载作用下的压应力幅转换为拉应力幅,裂纹扩展方向与实桥疲劳裂纹的扩展形态基本吻合。由于弧形切口处于复杂的三维变形状态,以面内变形为主,因而弧形切口为Ⅰ型断裂主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹扩展模式,裂纹扩展速率与应力强度因子幅均随着裂纹扩展呈现出先增大后减小的趋势。