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钢桥面板顶板-U肋焊缝多轴疲劳效应评估

郑州大学学报（工学版） 2020年第1期41卷 25-31页

作者：吉伯海蒋斐王益逊傅中秋河海大学土木与交通学院江苏南京210098

了评估顶板-U肋焊缝多轴疲劳效应,定义了主要应力分量为坐标轴向幅值最大的正应力。基于弹性力学对比了单、多轴疲劳应力,提出了采用绝对值最大的主应力与主要应力分量的偏差值δ作为多轴疲劳评判依据。建立了钢桥面板节段模型和顶板-U... 详细信息

了评估顶板-U肋焊缝多轴疲劳效应,定义了主要应力分量为坐标轴向幅值最大的正应力。基于弹性力学对比了单、多轴疲劳应力,提出了采用绝对值最大的主应力与主要应力分量的偏差值δ作为多轴疲劳评判依据。建立了钢桥面板节段模型和顶板-U肋细节子模型,对细节处多轴疲劳变形和应力状态进行了评估。为了定量单、多轴疲劳寿命评估的差异,定义了疲劳寿命比R,理论推导得R-δ关系,并通过试验和有限元分析加以验证。研究结果表明:单轴荷载下绝对值最大的主应力等于主要应力分量,多轴荷载下两类应力存在偏差,偏差越大,多轴疲劳效应越显著;对于顶板-U肋焊缝,多轴疲劳效应随荷载中心线偏离焊缝位置越发显著,横隔板处顶板-U肋焊缝的多轴应力状态更为明显;R与δ3成正比,该关系为在单轴疲劳评估的基础上进行多轴疲劳寿命评估提供参考。

关键词：多轴疲劳正交异性钢桥面板绝对值最大主应力顶板-U肋焊缝

南京长江大桥钢桥面板弧形缺口位置疲劳性能研究

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工业建筑 2018年第10期48卷 28-33页

作者：王昊吉伯海王秋东傅中秋河海大学土木与交通学院

依托南京长江大桥公路正桥改造工程,建立了钢桥面板有限元节段模型,研究了车轮荷载作用下横隔板弧形缺口位置的变形及应力特征,确定了该细节的最不利荷载位置。在此基础上,研究了不同环境温度下弧形缺口位置的变形及应力特征,分析了环... 详细信息

依托南京长江大桥公路正桥改造工程,建立了钢桥面板有限元节段模型,研究了车轮荷载作用下横隔板弧形缺口位置的变形及应力特征,确定了该细节的最不利荷载位置。在此基础上,研究了不同环境温度下弧形缺口位置的变形及应力特征,分析了环境温度变化对该细节疲劳性能的影响。研究表明：弧形缺口有效截面最小处应力最大,最不利荷载位置位于此点正上方;随着温度的升高,弧形缺口有效截面最小处的面内外变形、疲劳应力逐渐增大,且该位置应力梯度最大,受温度影响显著;相比于0℃,环境温度为40℃时弧形缺口有效截面最小处的疲劳应力增加了约30 MPa,故宜在高温季节后加强该位置的疲劳养护工作。

关键词：钢桥面板弧形缺口疲劳性能有限元模型

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变截面钢箱梁不调平顶推梁端倾角限值研究

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2023年第6期47卷 1114-1120页

作者：杨晖傅中秋何斌贾正伟苑青海浙江交工集团股份有限公司杭州310000 河海大学土木与交通学院南京210098

通过建立变截面钢箱梁的全桥模型,分析了无调平托架顶推下的主梁整体稳定性、关键部位受力特征及悬臂端挠度.基于顶推过程中主梁的抗滑移、倾覆性能,确定不调平顶推中的梁端最大倾角.通过模拟不同顶推方式并提取各倾角下的钢箱梁顶板、... 详细信息

通过建立变截面钢箱梁的全桥模型,分析了无调平托架顶推下的主梁整体稳定性、关键部位受力特征及悬臂端挠度.基于顶推过程中主梁的抗滑移、倾覆性能,确定不调平顶推中的梁端最大倾角.通过模拟不同顶推方式并提取各倾角下的钢箱梁顶板、腹板及底板应力,分析了倾角变化对钢箱梁局部构件受力的影响,并据此提出了合理的梁端倾角限值.结果表明:不设调平托架顶推施工中,节段钢梁保持稳定状态下,随着梁端倾角的增大对步履机的竖向受力有利.不同梁端倾角下,顶推支承区域的腹板均为主梁最不利受力部位,以主梁与支架斜交顶推时最大.斜交顶推时宜优先考虑增大倾角以优化主梁局部受力.在10°范围内增大梁端倾角顶推可显著改善钢箱梁悬臂根部应力,建议顶推施工时,以0°~10°作为合理梁端倾角.

关键词：钢箱梁顶推施工无调平梁端倾角局部应力

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气动冲击作用下钢桥疲劳裂纹闭合深度影响因素研究

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武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2020年第2期44卷 337-341,347页

作者：孙童吉伯海袁周致远傅中秋河海大学土木与交通学院南京210098

针对气动冲击作用下钢桥裂纹闭合开展试验研究,以带人工裂纹平板试件为研究对象,考虑不同冲击方式、冲击参数、材料强度等因素下对裂纹闭合深度的影响.建立拉伸荷载作用下带扁平椭圆裂纹的扩展有限元模型,从应力强度因子的角度分析了不... 详细信息

针对气动冲击作用下钢桥裂纹闭合开展试验研究,以带人工裂纹平板试件为研究对象,考虑不同冲击方式、冲击参数、材料强度等因素下对裂纹闭合深度的影响.建立拉伸荷载作用下带扁平椭圆裂纹的扩展有限元模型,从应力强度因子的角度分析了不同裂纹闭合深度对裂纹扩展速率的影响.结果表明:三次冲击作用下,裂纹闭合表面较为平整且闭合深度更深.当裂纹宽度较小时,采用合理的冲击参数可获得较大的裂纹闭合深度,本次试验中,裂纹最大闭合深度可达2.0 mm.有限元结果显示,随着裂纹闭合深度增大,裂纹尖端应力强度因子大幅度下降,但增幅逐渐趋于平缓,从应力强度因子的角度表明了气动冲击作用对延缓裂纹扩展具有积极作用.

关键词：气动冲击疲劳裂纹裂纹闭合应力强度因子

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考虑界面黏结的铺装-钢桥面板受力性能分析

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2018年第6期42卷 1039-1043,1048页

作者：冉云军吉伯海王秋东傅中秋河海大学土木与交通学院南京210098

为精确模拟铺装与钢桥面板界面黏结状态,分别使用8节点单元、20节点单元与弹簧单元建立考虑界面黏结的有限元模型,提出了合适的界面黏结模拟方法.利用该方法建立了铺装与钢板的直剪有限元模型,并与试验结果进行对比,对该方法的准确性进... 详细信息

为精确模拟铺装与钢桥面板界面黏结状态,分别使用8节点单元、20节点单元与弹簧单元建立考虑界面黏结的有限元模型,提出了合适的界面黏结模拟方法.利用该方法建立了铺装与钢板的直剪有限元模型,并与试验结果进行对比,对该方法的准确性进行了验证.在此基础上,对比了界面处考虑粘结、完全连续两种工况下铺装泊松比、弹性模量、厚度改变导致的焊缝应力变化,对钢桥面板与铺装的数值模拟方法提出了建议,分析了铺装对钢桥面板焊缝应力的影响.研究结果表明:考虑界面粘结时,20节点单元更适合于数值模拟分析,网格尺寸应在10mm内.20节点单元与弹簧单元的组合可良好地模拟铺装与钢板界面的粘结现象.考虑界面处粘结与完全连续情况下的焊缝应力变化趋势大致相同,但考虑粘结的应力更大.铺装模量是焊缝应力的主要影响因素之一,而铺装泊松比对应力几乎没有影响.

关键词：钢桥面板铺装粘结数值模拟方法焊缝应力

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钢桥面板疲劳热点应力计算模型精度分析

南京工业大学学报（自然科学版） 2016年第1期38卷 83-88页

作者：傅中秋吉伯海王满满章青河海大学土木与交通学院江苏南京210098 河海大学力学与材料学院江苏南京210098

通过建立钢桥面板顶板与U肋焊缝分析模型,考虑不同的单元类型和单元划分精度,计算钢桥面板顶板表面及沿厚度方向的应力分布,分析了不同计算模型精度对应力分布规律的影响,并对比不同热点应力取值方法的计算结果。分析表明:应力集中在焊... 详细信息

通过建立钢桥面板顶板与U肋焊缝分析模型,考虑不同的单元类型和单元划分精度,计算钢桥面板顶板表面及沿厚度方向的应力分布,分析了不同计算模型精度对应力分布规律的影响,并对比不同热点应力取值方法的计算结果。分析表明:应力集中在焊缝边缘位置表面处最明显,当分析模型单元尺寸足够小时,计算结果收敛。对于顶板焊缝数值计算模型,建议采用8节点实体单元计算热点应力时,板厚方向设置不少于8层单元,采用20节点实体单元计算热点应力时,沿板厚方向设置不少于4层单元。对比几种热点应力取值方法计算结果,不同方法热点应力值相差在10%以内,表面外推法计算结果最大,1 mm方法计算结果最小。

关键词：钢桥面板疲劳热点应力模型精度

基于不同车轮联轴荷载的横隔板弧形缺口位置受力差异分析

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武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2019年第2期43卷 242-246,252页

作者：何翠颖傅中秋赵嘉玮孔祥明河海大学土木与交通学院南京210098

为分析不同车轮联轴荷载下横隔板弧形缺口位置疲劳细节的受力差异,针对横隔板弧形缺口焊缝的U肋焊趾、横隔板焊趾和弧形缺口薄弱截面三个易开裂部位,开展了疲劳应力有限元分析.通过建立钢桥面板节段有限元模型,基于疲劳车辆荷载模型,得... 详细信息

为分析不同车轮联轴荷载下横隔板弧形缺口位置疲劳细节的受力差异,针对横隔板弧形缺口焊缝的U肋焊趾、横隔板焊趾和弧形缺口薄弱截面三个易开裂部位,开展了疲劳应力有限元分析.通过建立钢桥面板节段有限元模型,基于疲劳车辆荷载模型,得到了单联轴荷载横桥向以及纵桥向的影响范围,并与双联轴荷载作用下的应力情况进行了对比.结果表明,静力分析时可采用双联轴单侧双车轮荷载展开研究;相比于单联轴加载,采用双联轴加载时,横隔板焊趾和U肋焊趾的纵、横向最不利加载工况均发生改变,弧形缺口薄弱截面处仅纵向最不利加载工况发生改变;双联轴单侧双车轮荷载纵向移动产生的应力,与单联轴荷载分别位于双联轴前后车轮位置时产生的应力之和基本一致.

关键词： U肋与横隔板车轮荷载类型最不利荷载工况应力分析

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钢材强度对钢桥面板焊缝疲劳强度的影响

工业建筑 2017年第5期47卷 12-16页

作者：张呈奕傅中秋吉伯海李迪河海大学土木与交通学院南京210098

针对钢桥面板顶板与U肋构造细节,通过振动疲劳试验机开展20个试件的弯曲疲劳试验,研究钢材强度对连接焊缝疲劳强度的影响,同时采用名义应力法与热点应力法,结合我国JTG D64—2015、日本JSSC颁布的《道路钢桥设计指南》、国际焊接协会IIW... 详细信息

针对钢桥面板顶板与U肋构造细节,通过振动疲劳试验机开展20个试件的弯曲疲劳试验,研究钢材强度对连接焊缝疲劳强度的影响,同时采用名义应力法与热点应力法,结合我国JTG D64—2015、日本JSSC颁布的《道路钢桥设计指南》、国际焊接协会IIW document XIII-1965-03/XV-1127-03给出的S-N曲线,对试验结果的疲劳强度进行评定。研究表明:随着钢材强度的提高,疲劳寿命略有缩短,裂纹扩展寿命的缩短幅度大于萌生寿命;高强钢的疲劳强度与传统钢材总体相当,97.7%存活率下Q345q D试件与Q420q D试件的疲劳强度相差在10%以内;基于热点应力法评估顶板与U肋细节时,建议采用75 MPa强度等级疲劳曲线。

关键词：钢材强度钢桥面板疲劳强度疲劳试验

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钢桥面板横隔板弧形缺口位置疲劳受力分析

工业建筑 2018年第10期48卷 22-27,114页

作者：何翠颖傅中秋吉伯海孔祥明河海大学土木与交通学院

为分析横隔板弧形缺口位置疲劳细节的应力特征,建立了正交异性钢桥面板节段有限元模型,选取3个易开裂部位：横隔板弧形缺口焊缝的U肋焊趾、横隔板焊趾和弧形缺口薄弱截面,分析了3个疲劳细节处的应力随车轮荷载纵向、横向移动时的变化情... 详细信息

为分析横隔板弧形缺口位置疲劳细节的应力特征,建立了正交异性钢桥面板节段有限元模型,选取3个易开裂部位：横隔板弧形缺口焊缝的U肋焊趾、横隔板焊趾和弧形缺口薄弱截面,分析了3个疲劳细节处的应力随车轮荷载纵向、横向移动时的变化情况。基于获得的最不利荷载工况组合,分析了3个疲劳易开裂点不同纵桥向加载位置时的应力与变形特征,并与实际裂纹开裂情况进行对比。分析结果表明：采用双联轴单侧双轮荷载进行加载时,3个关注点处纵桥向最不利加载位置存在较大差异,而横桥向最不利加载位置保持一致;横隔板与U肋焊缝末端的位移矢量和在不同纵桥向加载位置时均达到最大值;而该处的面内和面外变形最大值对应的加载位置存在差异;有限元计算得出裂纹起裂方向与实际情况存在一定差异,表明焊接及弧形缺口切割产生的残余应力影响显著。

关键词： U肋与横隔板最不利荷载工况应力分析变形特征