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正交异性钢桥面肋-板焊接残余应力的数值模拟

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桥梁建设 2014年第4期44卷 27-33页

作者：卫星邹修兴姜苏邵珂夫西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中国公路工程咨询集团有限公司云南分公司云南昆明650206

由于正交异性钢桥面U肋与顶板焊后残余应力分布复杂,采用解析方法无法求解,为此,采用有限元热-力耦合分析技术对其温度场和应力场进行数值模拟。利用ANSYS有限元软件建立顶板厚16mm、U肋厚8mm的正交异性桥面板双层焊缝模型。引入高温条... 详细信息

由于正交异性钢桥面U肋与顶板焊后残余应力分布复杂,采用解析方法无法求解,为此,采用有限元热-力耦合分析技术对其温度场和应力场进行数值模拟。利用ANSYS有限元软件建立顶板厚16mm、U肋厚8mm的正交异性桥面板双层焊缝模型。引入高温条件下Q345q钢的力学性能参数,考虑焊接电流、电压、焊接速度,对焊接过程进行数值模拟。通过控制热源移动加载,计算出合理的焊接温度场;利用热-力耦合分析技术,调用温度场计算结果,分析得到焊接残余应力场分布。计算结果表明:有限元数值模拟技术可以用于焊接结构残余应力分析;焊缝处不均匀加热与放热导致焊缝中部垂直焊缝方向及沿板厚方向存在较大残余应力,设计时应充分考虑残余应力对结构力学行为的影响。

关键词：正交异性钢桥面残余应力温度场应力场数值模拟热 — 力耦合有限元法

正交异性钢桥面U肋横梁相交处疲劳寿命的估算

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公路交通科技 2018年第3期35卷 52-57页

作者：陆云上海同豪土木工程咨询有限公司上海200092

为估算正交异性钢桥面U肋与横梁相交处的疲劳寿命,以某新建铁路桥节段正交异性钢桥面足尺试件为研究对象,建立两个阶段有限元模型进行了计算分析。通过应用ANSYS有限元软件建立铁路桥节段正交异性钢桥面足尺试件整体模拟,对比分析了正... 详细信息

为估算正交异性钢桥面U肋与横梁相交处的疲劳寿命,以某新建铁路桥节段正交异性钢桥面足尺试件为研究对象,建立两个阶段有限元模型进行了计算分析。通过应用ANSYS有限元软件建立铁路桥节段正交异性钢桥面足尺试件整体模拟,对比分析了正交异性钢桥面U肋横梁相交处的应力和位移计算值与足尺试件相应部位的试验值,发现正交异性钢桥面有限元计算值与足尺试件试验值吻合的很好。在此基础上,采用子模型技术建立了正交异性钢桥面U肋与横梁相交处带椭圆形裂纹的二阶段模型,将退化奇异单元布置在椭圆形裂纹前沿,通过位移外推得到了不同裂纹深度下裂纹尖端的应力强度因子,得到不同裂纹深度与应力强度因子的关系曲线,分析了应力强度因子随裂纹扩展深度的变化规律。基于初始裂纹尺寸合理判定,将应力强度因子数值与裂纹尺寸的函数关系式代入疲劳裂纹扩展模型Paris公式,逐步数值积分得到正交异性钢桥面U肋与横梁相交处的疲劳寿命。计算结果与试验结果进行了比较,发现初始裂纹尺寸为0.1 mm时,计算结果与试验结果最为接近。不同初始裂纹尺寸的裂纹扩展曲线表明位于U肋与横梁相交位置裂纹的疲劳寿命主要消耗在开裂初期,后期裂纹扩展寿命对疲劳寿命贡献不大,这可以解释试验中观察到疲劳裂纹萌生、发展的现象。

关键词：桥梁工程疲劳寿命子模型技术正交异性钢桥面应力强度因子

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正交异性钢桥面板疲劳性能分析

交通世界 2023年第7期 118-120页

作者：费洋唐山高速公路集团有限公司国省干线分公司河北唐山063000

以某城市高架双箱钢箱梁正交异性桥面板为例,通过构建钢桥面板有限元模型得到疲劳荷载下U型肋疲劳细节的应力分布,并对其疲劳强度展开分析。结果表明,在公路桥梁中应用较为广泛的正交异性钢桥面因结构受力复杂,焊接施工存在残余应力,在... 详细信息

以某城市高架双箱钢箱梁正交异性桥面板为例,通过构建钢桥面板有限元模型得到疲劳荷载下U型肋疲劳细节的应力分布,并对其疲劳强度展开分析。结果表明,在公路桥梁中应用较为广泛的正交异性钢桥面因结构受力复杂,焊接施工存在残余应力,在直接承受车轮反复荷载作用后遭受疲劳损伤的可能性非常大;钢桥面板厚度、横隔板间距、过焊孔设置等因素对钢桥面板疲劳强度影响较大,必须结合疲劳性能进行优化设计。

关键词：正交异性钢桥面疲劳性能疲劳试验有限元分析

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正交异性钢桥面系的多目标离散优化设计

计算力学学报 2009年第5期26卷 739-744页

作者：徐勋倩吴国庆南通大学南通226019

将大跨径钢桥的正交异性钢桥面板和其上的铺装层作为钢桥面铺装体系整体进行多目标优化设计。取钢桥面铺装体系结构总重量最轻及铺装层使用年限最长两类指标构造目标函数,在此基础上采用功效函数法确定了目标函数的权重系数。应用正交... 详细信息

将大跨径钢桥的正交异性钢桥面板和其上的铺装层作为钢桥面铺装体系整体进行多目标优化设计。取钢桥面铺装体系结构总重量最轻及铺装层使用年限最长两类指标构造目标函数,在此基础上采用功效函数法确定了目标函数的权重系数。应用正交异性钢桥面系力学性能控制指标和疲劳寿命预测公式,建立多目标优化设计的数学模型。引入蚂蚁算法,开发了钢桥面铺装体系结构多目标离散优化设计程序。以国内某大跨径钢桥为对象,采用多目标优化设计方法,给出钢桥面铺装体系中各参数的优化值。结果表明,应用多目标优化设计方法对大跨径钢桥面铺装体系设计是可行的。研究成果可为大跨径钢桥面铺装体系结构的设计提供理论依据。

关键词：大跨径钢桥正交异性钢桥面铺装体系多目标离散优化蚂蚁算法

正交异性钢桥面结构装配偏差影响分析及对策研究

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正交异性钢桥面结构装配偏差影响分析及对策研究

作者：郝方达哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,正交异性钢桥面板凭借其特殊的结构,在大跨度桥梁中的应用越来越普及。然而,正交异性钢桥面结构在其现场装配过程中不可避免地会出现错边变形,在错口处产生应力集中,加剧钢桥面板的疲劳。本文将对正交异性钢桥面结构存在装配偏... 详细信息

近年来,正交异性钢桥面板凭借其特殊的结构,在大跨度桥梁中的应用越来越普及。然而,正交异性钢桥面结构在其现场装配过程中不可避免地会出现错边变形,在错口处产生应力集中,加剧钢桥面板的疲劳。本文将对正交异性钢桥面结构存在装配偏差时疲劳性能进行探讨并对疲劳寿命进行研究。为避免由于装配偏差产生过大应力集中现象,本文还将开展相应对策的研究来减小局部应力。本文不仅具有非常现实的工程背景,而且有着重要的理论意义和实用价值,主要工作如下:1.阐述了正交异性钢桥面结构的研究现状,回顾了钢桥面板的疲劳理论,归纳了钢桥面板抗疲劳设计方法,介绍了现有的疲劳寿命评估方法,总结了应力集中系数的概念和应力集中对疲劳强度的影响。2.针对正交异性钢桥面结构疲劳关注点开展应力历程分析,找出各关注点最不利加载位置;借助ANSYS子模型技术,建立顶板纵缝错台实体模型,对3种不同的错台宽度分别采用5种不同的坡度进行焊接,研究关注点处应力变化规律,基于S-N曲线探讨错台宽度和坡度对顶板疲劳寿命的影响;对顶板横缝错台采用直接对接的形式,分析对顶板疲劳寿命的影响。3.借助ANSYS子模型技术,建立U肋装配偏差实体模型,探讨U肋装配偏差宽度对U肋底部和拐角处关注点应力和疲劳寿命的影响;对U肋与桥面板连接处进行网格尺寸讨论,确定最优网格化分尺寸,在最优网格尺寸条件下,研究U肋对接偏差宽度对关注点应力的影响。4.针对正交异性钢桥面板出现的装配偏差问题进行对策研究,对顶板装配偏差采用铺装MPC和粘贴CFRP材料两种方法进行加固,研究加固材料厚度对关注点应力的影响;对U肋装配偏差问题采用U肋内部填充材料和加强顶板铺装两种方式进行加固,分别探讨材料弹性模量对关注点应力的影响。

关键词：正交异性钢桥面装配偏差应力集中疲劳寿命加固

型钢开口肋-UHPC轻型组合桥面新结构静力与疲劳性能研究

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中国公路学报 2023年

作者：孙璇邵旭东邹德强中国建筑第五工程局有限公司市政设计院湖南大学土木工程学院湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室

为解决传统正交异性钢桥面疲劳开裂、铺装层破损难题，作者研究团队于2010年研发成功钢-UHPC轻型组合桥面体系，并在全国的钢桥上获得了规模化的应用。鉴于UHPC层大幅度提高了钢面板的局部刚度，作为传统正交异性钢桥面可以进一步优化... 详细信息

为解决传统正交异性钢桥面疲劳开裂、铺装层破损难题，作者研究团队于2010年研发成功钢-UHPC轻型组合桥面体系，并在全国的钢桥上获得了规模化的应用。鉴于UHPC层大幅度提高了钢面板的局部刚度，作为传统正交异性钢桥面可以进一步优化，目的是简化施工、降低造价。为此本文提出了型钢开口肋-UHPC轻型组合桥面结构，首次应用在某大跨度拱桥主梁结构中，以实桥为背景展开了桥面方案比选和有限元计算。在此基础上，进行了型钢组合桥面关键部位负弯矩条带静力试验，对UHPC裂缝进行观测和宽度验算；对型钢组合桥面抗疲劳性能做了计算与分析，并针对桥面纵横肋重要连接焊缝开展了负弯矩条带疲劳试验。研究结果表明：负弯矩区UHPC表现出优良的受弯拉韧性，抗拉强度是实桥应力的1.4倍；型钢组合桥面通过新型的纵横肋连接构造，将所有连接焊缝均置于低应力区，将非焊接型钢母材置于高应力区，以达到提高桥面抗疲劳能力目的，型钢组合桥面包含10个钢结构疲劳细节，所有疲劳细节计算应力幅均在常幅疲劳极限以下；型钢组合桥面纵横肋新型连接焊缝在设计疲劳应力幅下等效加载4840万次才发生疲劳破坏，疲劳强度满足实桥应用需求。综上表明，型钢组合桥面具有优良的静力与疲劳性能，加工制造简便，建设成本低，是一种具竞争力的新型桥面方案。

关键词：桥梁工程型钢-UHPC轻型组合桥面条带模型试验静力与疲劳性能正交异性钢桥面

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同方期刊数据库

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常泰长江大桥专用航道桥设计

桥梁建设 2020年第6期50卷 85-90页

作者：徐伟王恒李少骏中铁大桥勘测设计院集团有限公司湖北武汉430056

常泰长江大桥天星洲和录安洲2座专用航道桥均为刚性梁钢桁拱桥,跨度布置均为(168+388+168)m。桥梁采用双层桥面,上层布置6车道高速公路,下层下游侧布置4车道普通公路、上游侧布置双线城际铁路。主梁采用2片主桁双层板桁组合结构,N形桁,... 详细信息

常泰长江大桥天星洲和录安洲2座专用航道桥均为刚性梁钢桁拱桥,跨度布置均为(168+388+168)m。桥梁采用双层桥面,上层布置6车道高速公路,下层下游侧布置4车道普通公路、上游侧布置双线城际铁路。主梁采用2片主桁双层板桁组合结构,N形桁,焊接整体节点构造。由于恒载在横断面上分布不对称,为减少结构的非对称变形,主梁采用非对称截面。上、下层桥面均采用纵横梁体系的正交异性板整体钢桥面。主拱采用与主梁反向的N形桁,拱肋为抛物线形,跨中下弦矢高55 m、拱高11 m。拱肋下弦与主梁上弦间采用柔性平行钢丝吊索连接。主墩基础采用钻孔桩基础,墩身采用八边形实心墩结构。专用航道桥采用从边跨向中跨悬臂拼装、拱梁并进架设、跨中合龙的总体施工方案。

关键词：公路铁路两用桥钢桁拱桥双层板桁组合结构非对称截面正交异性钢桥面钻孔桩基础桥梁设计

钢-UHPC组合桥面闭口纵肋−横隔板接头疲劳性能

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铁道科学与工程学报 2021年第7期18卷 1798-1807页

作者：向泽祝志文邵阳学院城乡建设学院湖南邵阳422000 汕头大学土木与环境工程系广东汕头515063 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

为研究新型钢-UHPC组合正交异性桥面纵肋−横隔板接头疲劳性能,基于一座现场桥梁,建立精细化双尺度有限元模型,获得构造细节在轮载下的应力响应。分析其力学特性,并采用热点应力法评估其疲劳性能。研究结果表明:纵肋−横隔板接头应力状态... 详细信息

为研究新型钢-UHPC组合正交异性桥面纵肋−横隔板接头疲劳性能,基于一座现场桥梁,建立精细化双尺度有限元模型,获得构造细节在轮载下的应力响应。分析其力学特性,并采用热点应力法评估其疲劳性能。研究结果表明:纵肋−横隔板接头应力状态复杂,构造细节处存在显著应力集中,为疲劳易损细节。焊缝末端细节以面外弯曲应力为主,包括扭转效应与泊松效应;横隔板侧细节由面内应力和面外应力组成。为进一步改善纵肋−横隔板接头疲劳性能,分析了UHPC刚度效应,并探讨切口尺寸的影响。通过将50 mm厚UHPC层与40 mm切口间隙相结合,使纵肋−横隔板接头实现了无限疲劳寿命,能应用于交通量大的桥梁工程。

关键词：正交异性钢桥面超高性能混凝土疲劳有限元法热点应力

厚边U肋钢桥面顶板与纵肋焊缝疲劳裂纹扩展模式与验算曲线研究

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铁道学报 2021年第4期43卷 191-199页

作者：冯霄暘郑凯锋衡俊霖雷鸣张宇西南交通大学土木工程学院四川成都610031

前期研究表明,应用厚边U肋的正交异性钢桥面能够有效改善顶板与U肋连接焊缝的疲劳性能。在此基础上,开展了2组共7个局部足尺模型疲劳试验,在获取S-N基础数据的同时,对疲劳裂纹萌生、汇聚和扩展进行监测并对裂纹断面进行详细分析。结果表... 详细信息

前期研究表明,应用厚边U肋的正交异性钢桥面能够有效改善顶板与U肋连接焊缝的疲劳性能。在此基础上,开展了2组共7个局部足尺模型疲劳试验,在获取S-N基础数据的同时,对疲劳裂纹萌生、汇聚和扩展进行监测并对裂纹断面进行详细分析。结果表明:疲劳裂纹首先在顶板与U肋焊缝长度方向以多处点裂源形式萌生,其后沿纵向和板厚方向扩展并汇聚形成微小可见裂纹;微小可见裂纹以较高速率沿纵向和板厚方向扩展,最终形成贯穿裂纹引起疲劳失效。值得注意的是,在疲劳裂纹萌生与扩展阶段,其形态逐渐由初始多处半圆状点裂源过渡为半椭圆状可见裂纹。此外,基于试验数据推导出具有95%保证率的厚边U肋钢桥面顶板与纵肋焊缝S-N验算曲线,以供工程设计使用。

关键词：正交异性钢桥面厚边U肋裂纹扩展点裂源微小可见裂纹疲劳验算曲线