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轻型组合桥面弧形缺口受力试验与理论研究

轻型组合桥面弧形缺口受力试验与理论研究

作者：曾研湖南大学

学位级别：硕士

正交异性钢桥面板(Orthotropic Steel Deck,OSD)具有轻质高强的特点,被广泛应用于各大桥梁中,具有良好的应用前景。但OSD结构一直存在疲劳开裂现象,降低了桥梁的适用性和安全性,极大影响了其使用和推广。弧形缺口属于OSD结构疲劳开裂重... 详细信息

正交异性钢桥面板(Orthotropic Steel Deck,OSD)具有轻质高强的特点,被广泛应用于各大桥梁中,具有良好的应用前景。但OSD结构一直存在疲劳开裂现象,降低了桥梁的适用性和安全性,极大影响了其使用和推广。弧形缺口属于OSD结构疲劳开裂重点部位,自人们开始系统研究OSD结构疲劳开裂以来,一直受专家学者的关注。但至今为止,针对弧形缺口的疲劳开裂处理方法仍然有限,在实际结构中开裂现象也较为严重。为缓解OSD结构的疲劳现象,近年来有学者提出了钢-UHPC(Ultra-High Performance Concrete)轻型桥面组合体系。通过在桥面板铺设355mm的UHPC层,可增大桥面刚度,降低OSD结构各疲劳细节应力。为深入研究轻型桥面组合体系中弧形缺口的应力改善程度,本文通过有限元计算和实桥测试,对弧形缺口受力情况和应力状态进行了分析,主要研究内容如下:(1)结合一座大跨自锚式悬索桥,针对OSD结构铺设UHPC层前、后两种情形,分别建立空间实体有限元分析模型,并考虑了简化加载、响应面加载两种方式进行分析,获得了弧形缺口应力、变形分布规律与车辆轴载位置之间的关系,了解了弧形缺口区域应力的分布情况,揭示了弧形缺口出现峰值拉、压应力的原因。结果表明:铺设UHPC前、后弧形缺口关注点应力特征随荷载分布规律基本相同,面内应力为主、面外应力较小,拉应力主要由荷载偏载产生、加载区域长,而压应力主要由荷载直接作用于弧形缺口顶部产生、且加载区域短;采用传统简化加载方式难以获得弧形缺口处准确的拉应力峰值,可能导致应力幅偏小,由此提出了合理的加载方式。(2)采用三轴加载车分别在铺设UHPC层前、后进行两次现场跑车试验,采集了弧形缺口多个关注点在不同横向加载位置的应力响应曲线,获得了各点的应力极值,并与有限元结果进行了对比分析。试验结果与理论计算结果具有相同的规律:UHPC层对弧形缺口应力峰值具有削减作用;当车辆偏载时,弧形缺口处出现较大拉应力,当车辆作用于弧形缺口之上时,弧形缺口出现较大压应力;面内应力占比较大而面外应力占比较小。此后对铺设UHPC层后弧形缺口进行了疲劳评估,结果表明弧形缺口疲劳寿命满足规范要求。(3)选择三种不同弧形缺口形式,采用响应面加载方式进行理论分析,并对计算结果分别进行了统计,得到了对应的应力响应面和影响线。在此基础上,对比了铺设UHPC前后弧形缺口应力峰值大小,发现UHPC层对弧形缺口应力峰值削减作用明显;将三者弧形缺口应力与荷载位置之间规律性进行对比,发现不同弧形缺口荷载-应力关系具有相似性;同时弧形缺口之间的应力幅值对比结果表明本桥五段线弧形缺口形式应力幅较小,受力情况相对较好。综上,铺设UHPC层能有效减少弧形缺口应力峰值,并在一定程度上能缓解疲劳问题,是OSD结构提高疲劳性能的一种有效方案。

关键词：桥梁工程疲劳应力有限元分析轻型组合桥面现场试验

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张培爵集

轻型组合桥面弧形缺口应力特征分析及现场试验

作者：张鹰曾研

来源：南通市图书馆图书评论

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中国公路学报 2019年第8期32卷 66-78页

作者：李立峰曾研裴必达王连华湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

为深入研究钢-UHPC(Ultra-high Performance Concrete)轻型桥面组合体系对弧形缺口的应力改善程度,结合一座大跨自锚式悬索桥,针对正交异性钢桥面板(Orthotropic Steel Deck, OSD)结构铺设UHPC层前、后2种情形,选择3种不同弧形缺口形式... 详细信息

为深入研究钢-UHPC(Ultra-high Performance Concrete)轻型桥面组合体系对弧形缺口的应力改善程度,结合一座大跨自锚式悬索桥,针对正交异性钢桥面板(Orthotropic Steel Deck, OSD)结构铺设UHPC层前、后2种情形,选择3种不同弧形缺口形式,分别建立空间实体有限元分析模型,并采用简化加载、响应面加载2种方式进行分析,由此获得了弧形缺口应力、变形分布规律与车辆轴载位置之间的关系,揭示了弧形缺口出现峰值拉、压应力的原因。以此为基础,采用三轴加载车分别在铺设UHPC层前、后进行现场跑车试验,采集了弧形缺口多个关注点在不同横向加载位置的应力响应曲线,获得了各点的应力极值,并与有限元结果进行了对比分析。研究结果表明:铺设UHPC前、后弧形缺口关注点应力特征随荷载分布规律基本相同,面内应力为主、面外应力较小,拉应力主要由荷载偏载产生、加载区域长,而压应力主要由荷载直接作用于弧形缺口顶部产生,且加载区域短;采用传统简化加载方式难以获得弧形缺口处准确的拉应力峰值,并可能导致应力幅偏小,并由此提出了合理的加载方式;本桥五段线弧形缺口形式受力相对较好;铺设UHPC层能有效减少弧形缺口应力峰值,并在一定程度上缓解疲劳问题,是OSD结构提高疲劳性能的一种有效方案。

关键词：桥梁工程疲劳应力有限元分析轻型组合桥面现场试验

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基于激光超声衍射体波的缺陷定位定量检测

光学学报 2020年第12期40卷 127-136页

作者：张进朋秦训鹏袁久鑫汪小凯曾研武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室湖北武汉430070 武汉理工大学汽车工程学院湖北武汉430070

针对大厚度材料内部缺陷的检测问题,利用缺陷对激光超声的衍射作用实现了内部缺陷的定位定量检测。首先利用Comsol软件研究了激光超声与内部缺陷的作用过程,建立了激光超声接收信号计算模型。通过激光超声检测系统,对45钢试块内部缺陷... 详细信息

针对大厚度材料内部缺陷的检测问题,利用缺陷对激光超声的衍射作用实现了内部缺陷的定位定量检测。首先利用Comsol软件研究了激光超声与内部缺陷的作用过程,建立了激光超声接收信号计算模型。通过激光超声检测系统,对45钢试块内部缺陷进行定位定量检测实验。实验结果表明:缺陷检测的定位相对误差在5%以内,定量相对误差在10%以内。该实验证明了利用激光超声缺陷衍射体波法检测内部缺陷位置和大小的可行性,实现了真正意义上的激光激发和接收的非接触检测技术。

关键词：激光光学衍射体波缺陷检测定位定量

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钢-UHPC轻型组合桥面板实桥试验研究

湖南大学学报（自然科学版） 2019年第1期46卷 76-84页

作者：裴必达李立峰邵旭东王连华曾研湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室湖南长沙410082

钢-UHPC轻型组合桥面板是一种由正交异性桥面与密集配筋的UHPC薄层通过剪力钉连接而成的新型桥面结构.为研究UHPC层对钢-UHPC轻型组合桥面结构性能的影响,以枫溪大桥为工程背景,研究正交异性钢桥面常见疲劳细节在铺设UHPC层前、后的应... 详细信息

钢-UHPC轻型组合桥面板是一种由正交异性桥面与密集配筋的UHPC薄层通过剪力钉连接而成的新型桥面结构.为研究UHPC层对钢-UHPC轻型组合桥面结构性能的影响,以枫溪大桥为工程背景,研究正交异性钢桥面常见疲劳细节在铺设UHPC层前、后的应力幅变化.首先通过整体有限元模型确定测点位置以及加载范围,然后根据加载方案分别在铺设UHPC层前后采用三轴加载车进行低速加载试验,同时采集并整理正交异性钢桥面常见疲劳细节应力响应试验数据,最后建立了节段有限元模型并与实测结果进行对比分析.试验结果表明:铺设UHPC层后,常见疲劳细节应力响应均有明显降低,其中面板上的细节(纵肋-面板焊缝、面板对接焊缝、面板-横隔板-纵肋交叉焊缝面板位置)应力幅降幅比例最大,高达75%～90%;其次为纵肋上疲劳细节(纵肋底部对接焊缝、纵肋-横隔板焊缝焊缝端部位置、面板-横隔板-纵肋交叉焊缝纵肋位置)应力降幅约为65%～80%;最后为横隔板上疲劳细节(横隔板弧形切口、横隔板弧形切口起点位置、面板-横隔板-纵肋交叉焊缝横隔板位置)应力降幅约为20%～50%.同时,随疲劳细节与顶面距离的减小,UHPC层对细节应力降幅的贡献明显增大.有限元模型结果与实测结果吻合较好,也得出了相似的规律.本文实测结果为推广钢-UHPC轻型组合桥面的应用提供了最直接的数据参考.

关键词：桥梁工程轻型组合桥面板现场试验疲劳细节应力幅 UHPC层

基于分布式激光超声的带筋构件R区缺陷检测方法

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光子学报 2023年第2期52卷 11-20页

作者：谢玲丽汪小凯韩星会曾研戴殊同武汉理工大学汽车工程学院现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070

针对带筋构件R区多类型缺陷的快速检测和精确识别等难题,提出基于分布式激光超声的带筋构件R区缺陷检测和分类识别方法。通过建立有限元模型研究了激光超声在带筋构件中的传播规律及其与R区表面裂纹、近表面气孔等缺陷的相互作用机理,... 详细信息

针对带筋构件R区多类型缺陷的快速检测和精确识别等难题,提出基于分布式激光超声的带筋构件R区缺陷检测和分类识别方法。通过建立有限元模型研究了激光超声在带筋构件中的传播规律及其与R区表面裂纹、近表面气孔等缺陷的相互作用机理,进而设计制作了含典型人工缺陷的6061铝合金带筋构件试样,开展激光超声检测实验。实验获得的缺陷时域信号与B-scan特征图像及仿真结果一致,基于反射与衍射原理实现了对带筋构件R区缺陷定位与定量检测,从而验证了所提分布式激光超声检测方法的可行性,为带筋构件制造缺陷的快速检测和分类识别提供了新思路。

关键词：激光光学分布式激光超声多类型缺陷带筋构件定量检测