钢桥疲劳与维护

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 我国钢桥疲劳研究现状

1．3 缆索支承桥梁钢箱梁桥疲劳研究发展方向

1．4 结语

本章参考文献

第2章 疲劳开裂理论与研究方法

2．1 疲劳开裂机理

2．2 疲劳评估理论

2．3 疲劳研究方法

2．4 本章小结

本章参考文献

第3章 疲劳开裂特征

3．1 疲劳开裂主要截面位置

3．2 钢桥疲劳开裂细节

3．3 疲劳开裂扩展规律

3．4 疲劳开裂过程特征变化

3．5 本章小结

本章参考文献

第4章 随机车辆荷载下的钢桥动力响应

4．1 南京长江三桥随机车辆荷载模型

4．2 江阴长江大桥随机车辆荷载模型

4．3 斜拉桥动力响应分析——南京长江三桥

4．4 双塔悬索桥动力响应分析——江阴长江大桥

4．5 三塔悬索桥动力响应分析——泰州长江大桥

4．6 钢箱梁疲劳细节寿命评估

4．7 本章小结

本章参考文献

第5章 焊接接头疲劳性能

5．1 钢桥主要焊接接头

5．2 焊接工艺及材料特性

5．3 不同焊接方式的焊缝疲劳性能

5．4 焊接缺陷与金属疲劳

5．5 焊接热效应与接头疲劳

5．6 焊接接头性能改善

5．7 本章小结

本章参考文献

第6章 构造对疲劳的影响

6．1 钢桥面板板件厚度对疲劳的影响

6．2 钢桥面板构件参数对疲劳的影响

6．3 钢桥面板局部构造形式对疲劳的影响

6．4 铺装层对钢桥面板疲劳的影响

6．5 钢桥面板抗疲劳新型构造介绍

6．6 钢桁梁节点构造对疲劳的影响

6．7 本章小结

本章参考文献

第7章 典型瘸害检查与开裂评定技术

7．1 钢箱梁典型病害日常检查

7．2 钢箱梁腐蚀病害综合评分制评定

7．3 钢箱梁疲劳病害模糊综合法评定

7．4 本章小结

本章参考文献

第8章 疲劳开裂检测技术

8．1 现有钢箱梁疲劳裂纹检测技术及适用性分析

8．2 裂纹检测影响因素

8．3 钢箱梁疲劳裂纹综合检测方法

8．4 电阻法检测技术

8．5 疲劳裂纹几何特征超声波检测技术研究

8．6 本章小结

本章参考文献

第9章 钻孔止裂技术

9．1 钻孔止裂技术介绍

9．2 钻孔止裂效果影响因素

9．3 钢桥疲劳裂纹钻孔止裂试验

9．4 本章小结

本章参考文献

第10章 裂纹冲击闭合技术

10．1 技术特点及优势

10．2 局部特征改善效果

10．3 疲劳裂纹*效果

10．4 本章小结

本章参考文献

第11章 疲劳开裂*技术

11．1 钢桥疲劳开裂*概况

11．2 钢桥面板疲劳开裂*时机选取

11．3 裂纹焊合法*技术及效果

11．4 碳纤维补强技术及效果

11．5 本章小结

本章参考文献

第12章 疲劳预防性养护技术探讨

12．1 焊接结构疲劳强度的主要影响因素

12．2 疲劳预防的主要途径与方法

12．3 钢箱梁的疲劳预防养护技术探究

12．4 焊缝磨削及其作用机理

12．5 锤击法及其作用机理

12．6 局部构造措施及其作用机理

12．7 预防措施对钢箱梁疲劳寿命的影响

12．8 本章小结

本章参考文献 2100433B

《钢桥疲劳与维护》系统介绍了钢桥疲劳基本理论和维护技术，是作者吉伯海、傅中秋近十年来关于钢桥疲劳与维护研究的阶段成果。其中，理论研究方面包括疲劳开裂特征、基于随机实测车流的钢桥振动响应、焊接疲劳性能和构造对疲劳性能的影响；技术研究方面包括疲劳的评定技术、检测技术、钻孔止裂技术、冲击闭合技术、开裂技术，并对疲劳预防性维护进行了探讨。

《钢桥疲劳与维护》内容全面，考虑实桥养护工作需求，可供从事钢桥维护及管理的技术人员和科研人员参考，亦可作为桥梁工程专业研究生教材使用。

鉴于钢桥疲劳破坏给人们的生命财产带来了巨大的损失和危害，世界各国都举倾国之力对钢桥的疲劳寿命问题及相关的理论基础展开了持久的研究。但以往的研究未能反映疲劳裂纹扩展的内在规律，远不能满足现实的需要。本申请课题组已从基本的力学观点出发，建立等幅交变载荷作用下的疲劳裂纹扩展方程。但由于钢桥承受的是随机载荷谱，本申请项目就从随机载荷谱分解入手，通过建立随机谱块载荷与等幅载荷的联系，把随机谱块载荷作用下的疲劳裂纹扩展方程转化为等效的等幅载荷下的疲劳裂纹扩展方程，建立一个包含结构宏观尺寸及变化的具有多个待定常数的普适的钢桥疲劳裂纹扩展方程，而这些待定常数均有其明确的物理意义。从而提出一个简单实用的钢桥疲劳寿命预测新方法。仅仅通过现场测量得到起始时间段的裂纹长度随时间变化的曲线，就能计算出钢桥其后裂纹长度随时间变化的曲线，从而能够有效地解决实际钢桥的疲劳剩余寿命问题，具有极为重要的理论意义和应用价值。

在考虑惯性效应的I型裂纹两参数疲劳裂纹扩展方程的理论基础上，将钢桥受随机载荷谱块作用下的疲劳裂纹扩展问题通过傅里叶变换、积分中值定理等转化为一个等效的“三参数”等幅载荷作用下的疲劳裂纹扩展方程，从而提出了一个简单实用的钢桥疲劳寿命预测新方法，利用该方法有效地解决了实际钢桥的疲劳剩余寿命问题，具有极为重要的工程应用价值。本项目的研究工作主要有以下几个方面： 1、作为本项目的理论基础，深入研究了考虑惯性效应的疲劳裂纹扩展力学模型及裂纹扩展机理等新概念，对I型裂纹两参数疲劳裂纹扩展方程和速率方程表达式进行了详细的推导和论证，以及对影响疲劳裂纹扩展速率各种因素进行了分析。 2、对于随机载荷作用下疲劳寿命的计算，本项目从随机载荷谱分解入手，将随机载荷谱块作用下的疲劳裂纹扩展问题转化为一个等效的“三参数”等幅载荷作用下的疲劳裂纹扩展问题，从而提出了随机载荷下“三参数”疲劳裂纹扩展方程。并且通过国内外CCT试件试验数据验证了“三参数”疲劳裂纹扩展方程的有效性。 3、把本项目提出的随机载荷作用下疲劳裂纹扩展预测新方法与《随机载荷谱裂纹扩展寿命模型》其它各种寿命模型理论进行了对比分析，结果表明研究中提出的方法无论是计算的简便性还是与试验结果的吻合程度都优越于其它各种模型理论。 4、首次提出了一个简单实用的钢桥疲劳寿命预测新方法，重点分析了随机载荷作用下的疲劳裂纹扩展方程“三参数”的物理意义。详细叙述了应用该方法对钢桥进行寿命评估的三个基本前提条件和计算步骤。归纳了一些常见桥梁结构的应力强度因子及相应的裂纹扩展方程。 5、本课题设计钢箱梁结构试验模型验证本申请项目提出的钢桥疲劳寿命预测新方法。通过监测钢结构的裂纹长度随时间的变化关系，准确地计算出其后裂纹长度随时间变化的曲线，从而预测其剩余疲劳寿命，并与最终试验结果进行比对，结果发现本课题提出的钢桥疲劳寿命预测新方法与最终试验结果吻合程度较高，证明本项目提出的钢桥疲劳寿命预测新方法是可靠的。 2100433B

"第1章疲劳导论：基础理论与方法

1.1材料的疲劳

1.1.1疲劳简史：技术与科学的重要性

1.1.2相关概念定义

1.1.3耐久性图

1.2疲劳损伤的机制

1.2.1引言

1.2.2疲劳裂纹萌生

1.2.3疲劳裂纹扩展

1.3疲劳试验系统

1.4结构的抗疲劳设计

1.5塑料、橡胶及复合材料的疲劳

1.6本章小结

第2章疲劳寿命估算

2.1引言

2.2疲劳数据的离散性

2.3疲劳极限的估算

2.4疲劳强度及标准差的估算

2.4.1概率元法

2.4.2升降法

2.4.3迭代法

2.4.4多试样法

2.4.5方法选择

2.5疲劳寿命的数学表达

2.5.1引言

2.5.2应力寿命公式

2.5.3试验曲线的修正

2.6循环周次的估计

2.6.1基本原理

2.6.2绘制过程

2.6.3应用举例

2.7力学参数对疲劳极限的影响

2.7.1平均应力的影响

2.7.2荷载类型的影响

2.8疲劳极限与力学性能关系

2.8.1疲劳极限σd的估算

2.8.2标准差估计

2.8.3结论

第3章疲劳裂纹萌生

3.1引言

3.2裂纹萌生的物理机制

3.2.1疲劳失效过程：回顾

3.2.2应力幅的影响

3.3裂纹萌生的评估

3.3.1光滑试样

3.3.2缺口效应

3.4裂纹萌生的寿命估算

3.4.1引言

3.4.2存在的问题

3.4.3裂纹萌生参数

3.4.4主Whler曲线

3.4.5累积损伤准则

3.4.6Kt>1试样的曲线

3.4.7参考曲线

3.4.8绘制参考曲线

3.4.9结论

第4章低周疲劳

4.1引言

4.1.1低周疲劳适用性

4.1.2试验方法

4.2低周疲劳的唯象解释

4.2.1引言

4.2.2循环加工硬化

4.2.3循环应力-应变关系曲线

4.2.4疲劳强度

4.2.5数学模型

4.2.6加载顺序及控制方式

4.3低周疲劳开裂及顺应机制

4.3.1引言

4.3.2材料的顺应性

4.3.3钢的顺应机制

4.3.4低周疲劳裂纹萌生

4.3.5低周疲劳裂纹扩展

4.4本章小结

4.5致谢

第5章超高周疲劳

5.1疲劳寿命

5.2超高周疲劳试验

5.2.1压电试验机

5.2.2振动疲劳原理

5.2.3共振波长

5.2.4试样设计

5.2.5超声波发生器

5.3压电疲劳试验系统

5.4超高周疲劳S-N曲线

5.4.1疲劳S-N曲线的基本特征

5.4.2黑色金属材料

5.4.3铝合金材料

5.5超高周疲劳裂纹萌生机理

5.5.1非金属夹杂

5.5.2基体冶金缺陷

5.5.3微孔洞

5.6疲劳强度的评估

5.6.1统计方法比较

5.6.2超高周疲劳Kitawaga图

5.6.3基于Paris-Hertzberg准则的裂纹萌生寿命评估

5.6.4基于Murakami模型的疲劳强度预测

5.7本章小结

第6章疲劳裂纹扩展速率

6.1引言

6.2裂纹扩展速率模型

6.2.1唯象模型

6.2.2基于位错理论的模型

6.2.3基于裂尖材料行为的模型

6.2.4基于材料循环特性的模型

6.3模型评价

6.3.1循环参数的影响

6.3.2扩展常数C和m关系

6.3.3材料属性对裂纹扩展的影响

6.3.4外部条件对裂纹扩展的影响

6.4展望

6.5本章小结

6.5.1固有属性参数

6.5.2外部试验条件

第7章短裂纹扩展

7.1引言

7.2线弹性断裂力学的局限性

7.2.1光滑边裂纹

7.2.2缺口根部裂纹

7.3试验观测

7.3.1短裂纹扩展速率

7.3.2微观组织短裂纹

7.3.3物理短裂纹

7.4短裂纹闭合效应

7.4.1裂纹的闭合现象

7.4.2短裂纹闭合的演变

7.4.3扩展速率与ΔKeff的关系

7.4.4粗糙度致裂纹闭合

7.5短裂纹扩展模型

7.5.1微观组织短裂纹扩展模型

7.5.2物理短裂纹扩展模型

7.6本章小结

第8章裂纹尖端的塑性变形

8.1引言

8.2疲劳裂纹尖端的塑性变形

8.2.1理论方面

8.2.2试验验证

8.2.3细观晶粒尺度

8.3疲劳断口形貌分析

8.3.1断口形貌观测

8.3.2疲劳辉纹的形成机制

8.4基于尖端张开位移的裂纹扩展模型

8.5基于循环硬化的裂纹扩展模型

8.6基于有效应力强度因子的裂纹扩展模型

8.6.1Elber模型

8.6.2Elber模型的应用

8.6.3裂纹闭合机制的解释

8.7本章小结

第9章疲劳裂纹扩展的局部解法

9.1引言

9.2裂尖塑性区

9.2.1Irwin塑形区

9.2.2T应力场

9.2.3材料应变硬化效应

9.3裂尖循环塑性变形

9.3.1循环弹塑性行为

9.3.2塑性历程效应

9.4疲劳裂纹扩展的局部解法

9.4.1比例扩展法简介

9.4.2比例扩展法原理

9.4.3模型验证

9.4.4推广应用

9.5本章小结

第10章腐蚀疲劳

10.1引言

10.2裂纹萌生

10.2.1水性介质

10.2.2气相环境

10.3短裂纹扩展

10.4长裂纹扩展

10.4.1试验观测

10.4.2腐蚀疲劳模型

10.5本章小结

第11章环境的影响

11.1引言

11.2环境对高周疲劳的影响

11.2.1早期研究

11.2.2微观机制

11.2.3大气压力及频率的影响

11.2.4微观组织和环境的综合影响

11.2.5温度和环境的耦合行为

11.2.6超高周疲劳下环境的影响

11.3环境对疲劳裂纹扩展的影响

11.3.1早期研究

11.3.2惰性环境下的裂纹扩展特性

11.3.3环境加速效应

11.3.4裂纹的扩展形貌

11.3.5多因素协同作用

11.4本章小结

第12章变幅疲劳加载

12.1引言

12.2变幅加载相关问题

12.2.1变幅加载的必要性

12.2.2加载信号

12.2.3从服役记录到载荷谱

12.3变幅加载疲劳试验

12.3.1模拟试验方法

12.3.2试验系统

12.3.3块谱试验

12.3.4变幅疲劳试验及载荷谱

12.3.5随机加载试验

12.3.6测试结果分析

12.4变幅疲劳试验的影响因素

12.4.1重建载荷谱的计数法

12.4.2载荷水平个数

12.4.3载荷次序效应

12.4.4加载频率

12.4.5高应力信号局限性

12.4.6不规则因子

12.4.7载荷谱的类型

12.4.8小载荷循环

12.4.9加速疲劳试验

12.5变幅载荷下的疲劳寿命评估

12.5.1疲劳寿命的预测方法

12.5.2多轴载荷特性

12.5.3非循环计数法

12.6本章小结

参考文献" 2100433B