U肋內(nèi)隔板的正交異性鋼橋面板受力性能分析

鋼結(jié)構(gòu)!.//0年第0期第.2卷總第4.2期! 正交異性鋼橋面板的疲勞研究綜述 王春生4!馮亞成 . !4-長(zhǎng)安大學(xué)橋梁與隧道陜西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室"西安!;4//r2#.-中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司"西安!;4//25$ 摘!要!正交異性鋼橋面板是國(guó)內(nèi)外大中跨徑橋梁普遍采用的橋面結(jié)構(gòu)形式!由于直接承受車(chē)輪荷載的反復(fù)作用! 疲勞問(wèn)題非常突出"詳細(xì)闡述正交異性鋼橋面板細(xì)節(jié)構(gòu)造的疲勞研究概況和相關(guān)結(jié)論!簡(jiǎn)述鋼橋面板的疲勞評(píng)估 方法!并對(duì)正交異性鋼橋面板的疲勞研究進(jìn)行展望和建議" 關(guān)鍵詞!正交異性鋼橋面板#疲勞細(xì)節(jié)#疲勞評(píng)估 /$’-$0)33#"-.,$/$!$#/453)/)/"5)"/)*-4!"$$(2/-&

為了驗(yàn)證橋面鋪裝改造對(duì)正交異性鋼橋面板的加固效果,以某公路簡(jiǎn)支鋼箱梁為背景進(jìn)行研究。選取3跨箱梁,分別采用聚合物混凝土、夾心鋼板系統(tǒng)和活性粉末混凝土3種橋面鋪裝方案對(duì)鋼橋面板進(jìn)行加固,并通過(guò)實(shí)橋試驗(yàn)測(cè)試改造前、后正交異性鋼橋面板的應(yīng)力及局部變形,驗(yàn)證加固效果。結(jié)果表明：原鋪裝與裸面板狀態(tài)下鋼橋面板的受力及變形規(guī)律基本一致,原鋪裝基本不參與正交異性鋼橋面板共同受力;3種鋪裝改造后,鋼橋面板應(yīng)力及局部變形均有較大降低,但鋼橋面板應(yīng)力及變形的改善效果仍面臨長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的檢驗(yàn)。

采用通用有限元分析軟件abaqus建立某鋼橋箱梁的計(jì)算模型,分析了幾種不同的橫隔板挖孔形式對(duì)正交異性鋼橋面板構(gòu)造細(xì)節(jié)處應(yīng)力分布的影響,并根據(jù)分析結(jié)果推薦相對(duì)較優(yōu)的鋼橋面板布置形式。

正交異性鋼橋面板的穩(wěn)定分析

縱肋和橫隔板交叉部位疲勞裂紋是正交異性鋼橋面板的主要病害之一。文章針對(duì)我國(guó)當(dāng)前4種典型橫隔板弧形開(kāi)孔型式,建立精細(xì)化有限元分析模型。數(shù)值分析結(jié)果表明,eourcode3規(guī)定的公路孔型和鐵路孔型的應(yīng)力分布較為合理。

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在計(jì)算正交異性鋼橋面板時(shí),根據(jù)正交異性板的理論,p-e法推導(dǎo)出較為簡(jiǎn)便的計(jì)算方法。得出閉口縱肋的橋面板,其彎矩的計(jì)算可用正交異性板理論所求得的解:開(kāi)口縱肋的橋面板,其彎矩的計(jì)算可采用連續(xù)梁的公式的結(jié)論

正交異性鋼橋面板u肋嵌補(bǔ)段焊縫疲勞裂紋加固 摘要;本文調(diào)查研究了某大跨度橋梁正交異性鋼橋面板u肋嵌補(bǔ)段對(duì)接焊 縫位置疲勞裂紋，采用安全壽命法分析了疲勞裂紋產(chǎn)生的原因，提出了u肋嵌 補(bǔ)段疲勞裂紋加固方案。 關(guān)鍵詞:正交異性鋼橋面板，u肋嵌補(bǔ)段，疲勞裂紋，加固 abstract:inthispapertheresearchofalong-spanbridgesorthotropicsteel bridgepaneluribfillsectionembeddedbuttweldpositionfatiguecrack,thesafety lifewasanalyzedthereasonsofthefatiguecrack,andputforwardtheuribfor fatiguecra

正交異性鋼橋面板鋪裝層受力分析

正交異性鋼橋面板廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代鋼橋中,但在車(chē)輛荷載作用下,由于較高的應(yīng)力集中易引起關(guān)鍵焊接部位的疲勞裂紋,采用夾心鋼板系統(tǒng)(sps)對(duì)正交異性鋼橋面板進(jìn)行加固。通過(guò)ansys軟件建立了正交異性鋼橋面板及其sps加固層的三維有限元模型,在不同的荷載工況下,分析了按我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的車(chē)輛荷載的兩個(gè)后軸共同作用下橋面板的應(yīng)力分布特征,并與加固前的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明:騎u肋加載在橋面板時(shí)u肋焊接處產(chǎn)生的橫橋向應(yīng)力最大;采用sps對(duì)正交異性鋼橋面板進(jìn)行加固的效果良好,與加固前相比,可較大幅度地降低鋼橋面板的應(yīng)力,更有助于抵抗鋼橋面板疲勞裂紋的產(chǎn)生。

正交異性鋼橋面板疲勞裂紋成因及對(duì)策 【摘要】正交異性鋼橋面板由于具有自重輕、極限承載力大、 使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于橋梁中。但由于其結(jié)構(gòu)受力復(fù) 雜且受焊接殘余應(yīng)力影響較大，在受集中荷載作用和焊接部位易發(fā) 生疲勞裂紋。本文介紹了正交異性鋼橋面板裂紋產(chǎn)生的原因以及在 制造過(guò)程中針對(duì)疲勞裂紋采取的工藝措施。 【關(guān)鍵詞】鋼橋；橋面板；正交異性；疲勞裂紋 1概述 正交異性鋼橋面板具有自重輕、極限承載力大、使用壽命長(zhǎng)等 特點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于跨徑橋梁中。高速鐵路鋼橋正交異性鋼橋面 板橋面系由帶有縱向加勁肋的橋面板單元、縱梁、橫梁三個(gè)部分組 成，如圖1所示。橋面板單元與縱梁蓋(腹)板、相鄰橋面板連接在 拼裝場(chǎng)完成，橫梁腹板、底板及橋面板與主桁連接在橋位完成。通 常，面板與主桁間采用焊接，橫梁腹板、底板與主桁以及縱向勁肋 間接采用高強(qiáng)度螺栓連接。由于正交異性鋼橋面板結(jié)構(gòu)直接承受橋 面活載作用

對(duì)重慶兩江大橋不同開(kāi)孔形式(蘋(píng)果形、鑰匙形和圓形)的正交異性板交叉細(xì)節(jié)疲勞行為進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)研究和有限元分析。結(jié)果表明:開(kāi)口肋正交異性鋼橋面板模型豎向和橫向雙軸疲勞試驗(yàn)中,在豎向荷載作用時(shí),鑰匙形開(kāi)孔處比蘋(píng)果形開(kāi)孔處的橋面板和加勁肋應(yīng)力大很多;在橫向荷載作用時(shí),鑰匙形開(kāi)孔處橫隔板應(yīng)力比蘋(píng)果形開(kāi)孔處大;其他情況下2種開(kāi)孔形式應(yīng)力分布基本一致;蘋(píng)果形開(kāi)孔相比于鑰匙形和圓形開(kāi)孔形式,其疲勞性能最優(yōu);建議開(kāi)口肋正交異性板構(gòu)造橫隔板開(kāi)孔形式采用蘋(píng)果形。

正交異性鋼橋面板的頂板疲勞裂紋,特別是萌生于焊根的頂板裂紋,對(duì)橋面系的安全使用危害很大。鋼橋面板有限元節(jié)段模型計(jì)算分析表明,頂板橫向應(yīng)力分布在橫隔板截面和跨中部分差別較大,前者類(lèi)似固端梁,后者類(lèi)似彈性支承多跨連續(xù)梁;頂板-縱肋連接處的應(yīng)力縱向和橫向影響線很短,疲勞驗(yàn)算可不考慮同一車(chē)輛軸重間的相互影響及多車(chē)效應(yīng);橫隔板截面處萌生于焊根的頂板裂紋更易發(fā)生。參數(shù)分析結(jié)果還表明,增加頂板厚度可大大降低頂板的應(yīng)力幅,鋪裝層的完整性對(duì)鋼橋面板十分重要。此外,通過(guò)對(duì)現(xiàn)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,采用焊趾或焊根處頂板底面的橫向熱點(diǎn)應(yīng)力作為參考應(yīng)力,頂板裂紋的疲勞等級(jí)可達(dá)到eurocode的125級(jí)。

通過(guò)三跨聚氨酯-鋼板夾層結(jié)構(gòu)正交異性橋面板空間結(jié)構(gòu)的計(jì)算,分析該種夾層橋面板在夾芯層厚度及面板厚度變化時(shí),在不同受力狀況和不同截面處各控制點(diǎn)的受力性能.結(jié)果表明,夾層橋面板的受力特性在于:在跨中截面中間縱向u形加勁肋上方的夾層板底面縱、橫向應(yīng)力拉壓性質(zhì)與常規(guī)受彎構(gòu)件不同;加勁肋底面縱向應(yīng)力比截面其它位置大得多,橫向應(yīng)力可忽略;在支點(diǎn)截面中間加勁肋與橋面連接處,聚氨酯芯層縱向應(yīng)力最大,橫向應(yīng)力可忽略;鋼板與聚氨酯結(jié)合面的剪切強(qiáng)度大于6mpa時(shí)可滿(mǎn)足粘結(jié)要求.

評(píng)述了正交異性鋼橋的橋面板焊縫疲勞壽命的評(píng)估方法,重點(diǎn)是基于有限元分析和斷裂力學(xué)的損傷容限法.根據(jù)正交異性鋼橋的縱肋與橋面板焊縫處循環(huán)應(yīng)力的特點(diǎn),指出了循環(huán)應(yīng)力比在正交異性橋焊縫的疲勞壽命預(yù)測(cè)中有重要意義.并首次指出,現(xiàn)在研究者所采用的paris公式完全不能合理地計(jì)算正交異性橋面板焊縫的疲勞裂紋擴(kuò)展,而必須使用一個(gè)以混合型裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子幅為控制參數(shù)和能考慮以壓應(yīng)力為主的循環(huán)應(yīng)力的疲勞裂紋擴(kuò)展模型.

基于西堠門(mén)大橋正交異性鋼橋面板靜載和徐行試驗(yàn),研究在汽車(chē)輪載作用下正交異性鋼橋面板關(guān)鍵構(gòu)造的應(yīng)力大小、歷程和分布規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明,在3軸30t試驗(yàn)車(chē)作用下,縱肋底板跨中測(cè)點(diǎn)的縱向應(yīng)力最大,達(dá)51.7mpa,橫隔板開(kāi)口上緣測(cè)點(diǎn)的最大主應(yīng)力次之,為30.8mpa,面板上測(cè)點(diǎn)的最大橫向應(yīng)力較小,為16.7mpa。面板橫向應(yīng)力、縱肋腹板豎向應(yīng)力的縱向影響線長(zhǎng)度約為2倍橫隔板間距,橫隔板開(kāi)口上緣主應(yīng)力的縱向影響線長(zhǎng)度約為1.5倍橫隔板間距,縱肋底板縱向應(yīng)力的縱向影響線長(zhǎng)度約為3倍橫隔板間距。運(yùn)用泄水法對(duì)徐行試驗(yàn)測(cè)得的應(yīng)力歷程進(jìn)行分析,得到鋼橋面板關(guān)鍵構(gòu)造的應(yīng)力振動(dòng)幅值大于5mpa的次數(shù)分別為:縱肋底板跨中縱向應(yīng)力3次,最大應(yīng)力振動(dòng)幅值為60.1mpa;面板橫向應(yīng)力3次,最大應(yīng)力振動(dòng)幅值為26.8mpa;縱肋腹板豎向應(yīng)力4次,最大應(yīng)力振動(dòng)幅值為16.1mpa;橫隔板開(kāi)口上緣主應(yīng)力2次。運(yùn)用an-sys軟件提供的shell181單元建立鋼箱梁節(jié)段模型進(jìn)行靜力分析,計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本一致,表明shell181單元能夠模擬鋼橋面板的受力特征。

正交異性鋼橋面板由于具有結(jié)構(gòu)合理、可減輕恒載、改善橋面行車(chē)性能的優(yōu)點(diǎn),在客運(yùn)專(zhuān)線鋼橋橋面上開(kāi)始得到應(yīng)用。通過(guò)對(duì)其防腐、防水技術(shù)的系統(tǒng)研究,提出了由sbd環(huán)氧富鋅防銹漆、zqfs2000聚脲彈性體和混凝土防護(hù)層組成的防水防護(hù)體系。

針對(duì)鐵路正交異性鋼橋面板中典型疲勞裂紋形式,建立計(jì)算模型。采用有限元數(shù)值方法模擬鋼橋面板應(yīng)力分布,確定各典型疲勞裂紋最不利位置;利用有限元子模型技術(shù)模擬各疲勞裂紋位置焊接細(xì)節(jié),分析焊縫引起應(yīng)力集中程度及對(duì)疲勞裂紋產(chǎn)生所造成影響;依據(jù)斷裂力學(xué)揭示疲勞裂紋擴(kuò)展速率與裂紋周?chē)鷳?yīng)力場(chǎng)關(guān)系,對(duì)幾種典型疲勞裂紋進(jìn)行疲勞壽命估算。結(jié)果表明:在橋面板與縱肋連接處,橋面板疲勞裂紋壽命較短,而縱肋疲勞裂紋壽命較長(zhǎng),這與國(guó)內(nèi)外現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及試驗(yàn)結(jié)果相吻合;在橫梁與縱肋連接處,其主應(yīng)力較大且應(yīng)力集中效應(yīng)明顯,極易產(chǎn)生疲勞裂紋。

介紹用x射線機(jī)通過(guò)選擇適合透照的方向,合理布片,對(duì)u肋嵌補(bǔ)對(duì)接焊縫射線檢測(cè),其結(jié)果滿(mǎn)足檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外鋼箱梁的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),選取3種不同的橫隔板設(shè)置形式,通過(guò)有限元方法建立鋼箱梁的空間有限元模型,計(jì)算橫隔板與u肋相交的橋面板、u形加勁肋的對(duì)接處、橫隔板過(guò)焊孔處等4種構(gòu)造細(xì)節(jié)在車(chē)輪荷載作用下的應(yīng)力幅,得出橫隔板設(shè)置形式對(duì)橋面板疲勞應(yīng)力幅的影響。

對(duì)鋼橋面板整體模型進(jìn)行了有限元分析。結(jié)果表明,頂板橫向應(yīng)力在橫橋向的分布表現(xiàn)出類(lèi)似彈性支承多跨連續(xù)梁的受力特點(diǎn),且頂板橫向應(yīng)力基本全部為彎曲應(yīng)力,膜應(yīng)力很小,在頂板-縱肋連接處縱肋應(yīng)力遠(yuǎn)小于頂板橫向應(yīng)力。頂板-縱肋連接處的應(yīng)力縱向和橫向影響線很短,疲勞驗(yàn)算可不考慮同一車(chē)輛軸重間的相互影響及多車(chē)效應(yīng)。增加頂板厚度可大大降低頂板的應(yīng)力幅,鋪裝層的完整性對(duì)鋼橋面板十分重要。此外,還對(duì)該類(lèi)型接頭的疲勞分級(jí)及現(xiàn)行歐洲規(guī)范eurocode和美國(guó)規(guī)范aashtolrfd的相關(guān)條款進(jìn)行了分析。為考慮車(chē)輛荷載通過(guò)引起的非成比例多軸疲勞效應(yīng),輪荷載滾動(dòng)加載足尺模型試驗(yàn)和分析方法需要進(jìn)一步深入研究。

為了研究鋼纖維混凝土作為剛性鋪裝對(duì)正交異性鋼橋面板受力性能的改善,設(shè)計(jì)制作了1個(gè)正交異性鋼橋面板試件及1個(gè)帶剛性鋪裝的鋼橋面板試件.通過(guò)靜力試驗(yàn),考察了橋面板在車(chē)輪荷載作用下結(jié)構(gòu)的受力性能,測(cè)試了橋面板不同部位的結(jié)構(gòu)應(yīng)變和變形.試驗(yàn)結(jié)果表明:采用鋼纖維混凝土作為剛性鋪裝,能顯著改善在車(chē)輪荷載作用下鋼橋面板焊縫附近的疲勞性能,可以大大減小橋面板發(fā)生疲勞破壞的可能性;采用適當(dāng)連接件的剛性鋪裝可以提高橋面板的剛度.