外百渡桥钢桥面板疲劳计算分析

正交异性钢桥面板疲劳裂纹成因及对策 【摘要】正交异性钢桥面板由于具有自重轻、极限承载力大、 使用寿命长等优点，目前广泛应用于桥梁中。但由于其结构受力复 杂且受焊接残余应力影响较大，在受集中荷载作用和焊接部位易发 生疲劳裂纹。本文介绍了正交异性钢桥面板裂纹产生的原因以及在 制造过程中针对疲劳裂纹采取的工艺措施。 【关键词】钢桥；桥面板；正交异性；疲劳裂纹 1概述 正交异性钢桥面板具有自重轻、极限承载力大、使用寿命长等 特点，目前广泛应用于跨径桥梁中。高速铁路钢桥正交异性钢桥面 板桥面系由带有纵向加劲肋的桥面板单元、纵梁、横梁三个部分组 成，如图1所示。桥面板单元与纵梁盖(腹)板、相邻桥面板连接在 拼装场完成，横梁腹板、底板及桥面板与主桁连接在桥位完成。通 常，面板与主桁间采用焊接，横梁腹板、底板与主桁以及纵向劲肋 间接采用高强度螺栓连接。由于正交异性钢桥面板结构直接承受桥 面活载作用

正交异性钢桥面板受力特征研究

正交异性钢桥面板受力特征研究——论述正交异性钢桥面板的结构受力特点，对易出现裂纹的构造受力情况进行分析。通过ansys有限元软件，分别对公路正交异性桥面和铁路正交异性桥面建立模型，在移动荷载作用下，对桥面的竖向变形、横隔板部位的面外变形，以及u肋...

采用"以钢代木"的总体技术方案,通过对纵梁的分解换位、添加固定装置和增架桥面钢板,研制出满足"321"装配式公路钢桥荷载等级的g型钢桥面板。该面板能够保持原桥面系和横梁结构不变,可与现有u型钢桥面板实现互换通用,实现了原木质桥面板到钢桥面板的升级。测试表明,g型钢桥面板性能良好,完全满足使用要求。

在计算正交异性钢桥面板时,根据正交异性板的理论,p-e法推导出较为简便的计算方法。得出闭口纵肋的桥面板,其弯矩的计算可用正交异性板理论所求得的解:开口纵肋的桥面板,其弯矩的计算可采用连续梁的公式的结论

桥面铺装对钢桥面板疲劳应力幅的影响——钢桥面板厚度小，铺装层的相对刚度较大，钢桥面板疲劳设计时，应该考虑铺装层与钢桥面板的共同作用。假设桥面铺装与顶板没有相对滑移，采用有限元方法探讨了桥面铺装弹性模量和厚度对正交异性钢桥面板疲劳应力幅的影响。

正交异性钢桥面板的稳定分析

根据国内外钢箱梁的设计经验,选取3种不同的横隔板设置形式,通过有限元方法建立钢箱梁的空间有限元模型,计算横隔板与u肋相交的桥面板、u形加劲肋的对接处、横隔板过焊孔处等4种构造细节在车轮荷载作用下的应力幅,得出横隔板设置形式对桥面板疲劳应力幅的影响。

正交异性钢桥面板的顶板疲劳裂纹,特别是萌生于焊根的顶板裂纹,对桥面系的安全使用危害很大。钢桥面板有限元节段模型计算分析表明,顶板横向应力分布在横隔板截面和跨中部分差别较大,前者类似固端梁,后者类似弹性支承多跨连续梁;顶板-纵肋连接处的应力纵向和横向影响线很短,疲劳验算可不考虑同一车辆轴重间的相互影响及多车效应;横隔板截面处萌生于焊根的顶板裂纹更易发生。参数分析结果还表明,增加顶板厚度可大大降低顶板的应力幅,铺装层的完整性对钢桥面板十分重要。此外,通过对现有试验数据的分析,采用焊趾或焊根处顶板底面的横向热点应力作为参考应力,顶板裂纹的疲劳等级可达到eurocode的125级。

正交异性钢桥面板u肋嵌补段焊缝疲劳裂纹加固 摘要;本文调查研究了某大跨度桥梁正交异性钢桥面板u肋嵌补段对接焊 缝位置疲劳裂纹，采用安全寿命法分析了疲劳裂纹产生的原因，提出了u肋嵌 补段疲劳裂纹加固方案。 关键词:正交异性钢桥面板，u肋嵌补段，疲劳裂纹，加固 abstract:inthispapertheresearchofalong-spanbridgesorthotropicsteel bridgepaneluribfillsectionembeddedbuttweldpositionfatiguecrack,thesafety lifewasanalyzedthereasonsofthefatiguecrack,andputforwardtheuribfor fatiguecra

针对铁路正交异性钢桥面板中典型疲劳裂纹形式,建立计算模型。采用有限元数值方法模拟钢桥面板应力分布,确定各典型疲劳裂纹最不利位置;利用有限元子模型技术模拟各疲劳裂纹位置焊接细节,分析焊缝引起应力集中程度及对疲劳裂纹产生所造成影响;依据断裂力学揭示疲劳裂纹扩展速率与裂纹周围应力场关系,对几种典型疲劳裂纹进行疲劳寿命估算。结果表明:在桥面板与纵肋连接处,桥面板疲劳裂纹寿命较短,而纵肋疲劳裂纹寿命较长,这与国内外现场实测及试验结果相吻合;在横梁与纵肋连接处,其主应力较大且应力集中效应明显,极易产生疲劳裂纹。

提出了局部冲击荷载作用下的桥面板的弹塑性变形是影响桥面防滑性能的重要因素的观点,并在此基础上设计了压筋镶嵌橡胶条形式的桥面防滑结构形式,运用板壳理论和有限元方法,分析了压筋桥面的弹塑性变形,证明了改进形式的有效性和合理性

正交异性钢桥面板广泛应用在现代钢桥中,但在车辆荷载作用下,由于较高的应力集中易引起关键焊接部位的疲劳裂纹,采用夹心钢板系统(sps)对正交异性钢桥面板进行加固。通过ansys软件建立了正交异性钢桥面板及其sps加固层的三维有限元模型,在不同的荷载工况下,分析了按我国现行规范规定的车辆荷载的两个后轴共同作用下桥面板的应力分布特征,并与加固前的应力状态进行了对比。结果表明:骑u肋加载在桥面板时u肋焊接处产生的横桥向应力最大;采用sps对正交异性钢桥面板进行加固的效果良好,与加固前相比,可较大幅度地降低钢桥面板的应力,更有助于抵抗钢桥面板疲劳裂纹的产生。

为了验证桥面铺装改造对正交异性钢桥面板的加固效果,以某公路简支钢箱梁为背景进行研究。选取3跨箱梁,分别采用聚合物混凝土、夹心钢板系统和活性粉末混凝土3种桥面铺装方案对钢桥面板进行加固,并通过实桥试验测试改造前、后正交异性钢桥面板的应力及局部变形,验证加固效果。结果表明：原铺装与裸面板状态下钢桥面板的受力及变形规律基本一致,原铺装基本不参与正交异性钢桥面板共同受力;3种铺装改造后,钢桥面板应力及局部变形均有较大降低,但钢桥面板应力及变形的改善效果仍面临长期运营的检验。

纵肋和横隔板交叉部位疲劳裂纹是正交异性钢桥面板的主要病害之一。文章针对我国当前4种典型横隔板弧形开孔型式,建立精细化有限元分析模型。数值分析结果表明,eourcode3规定的公路孔型和铁路孔型的应力分布较为合理。

文章以某大跨度斜拉桥为工程背景,对钢箱梁桥面板u肋内是否加隔板进行分析,通过有限元计算方法,对3种工况下桥面板、u肋的受力情况进行对比,结果表明,对于公路桥梁、小开口断面,建议不加u肋内隔板。

钢桥面板在桁梁桥更新加固中的应用——介绍了正交异性钢桥面板在桁梁桥桥面板更新加固中的主要优势：重量轻、强度高、安装迅速，以及根除现有病害的细节构造。并且借助三维有限元模型分析，结合实桥试验，考察了钢桥面板与原纵横粱的协同工作状况。通过不同加栽...

对常用的传统疲劳应力分析方法的控制参量和计算方式进行对比,分析了各方法的适用范围及传统疲劳方法与断裂力学法的差异.根据名义应力试验实测应力值,修正了有限元模型精度,进行了钢桥面板焊接部位疲劳热点应力分析,结果表明热点应力可通过名义应力乘以放大系数获得.钢桥面板与竖向加劲肋角焊缝连接且厚度均为12mm时,该构造细节的热点应力强度可采用eurocode3规范疲劳强度fat100曲线.

对钢桥面板整体模型进行了有限元分析。结果表明,顶板横向应力在横桥向的分布表现出类似弹性支承多跨连续梁的受力特点,且顶板横向应力基本全部为弯曲应力,膜应力很小,在顶板-纵肋连接处纵肋应力远小于顶板横向应力。顶板-纵肋连接处的应力纵向和横向影响线很短,疲劳验算可不考虑同一车辆轴重间的相互影响及多车效应。增加顶板厚度可大大降低顶板的应力幅,铺装层的完整性对钢桥面板十分重要。此外,还对该类型接头的疲劳分级及现行欧洲规范eurocode和美国规范aashtolrfd的相关条款进行了分析。为考虑车辆荷载通过引起的非成比例多轴疲劳效应,轮荷载滚动加载足尺模型试验和分析方法需要进一步深入研究。

选取环氧富锌漆、环氧清水漆及环氧沥青粘结材料,进行钢板粗糙度-粘结力试验和漆膜耐锈蚀试验,优选钢桥面板最适宜的粗糙度及最好的防腐材料以提高钢桥面铺装层的使用寿命。试验结果表明:钢板粗糙度在60μm时,防腐材料与钢板之间的粘结强度最高;涂刷防腐层的钢板耐锈蚀性能较未处理的钢板明显提高。其中环氧富锌漆效果最好,钢板质量损失率较未处理的钢板降低96.2%。钢桥面必须设置专门的防腐层。

评述了正交异性钢桥的桥面板焊缝疲劳寿命的评估方法,重点是基于有限元分析和断裂力学的损伤容限法.根据正交异性钢桥的纵肋与桥面板焊缝处循环应力的特点,指出了循环应力比在正交异性桥焊缝的疲劳寿命预测中有重要意义.并首次指出,现在研究者所采用的paris公式完全不能合理地计算正交异性桥面板焊缝的疲劳裂纹扩展,而必须使用一个以混合型裂纹的应力强度因子幅为控制参数和能考虑以压应力为主的循环应力的疲劳裂纹扩展模型.

基于西堠门大桥正交异性钢桥面板静载和徐行试验,研究在汽车轮载作用下正交异性钢桥面板关键构造的应力大小、历程和分布规律。试验结果表明,在3轴30t试验车作用下,纵肋底板跨中测点的纵向应力最大,达51.7mpa,横隔板开口上缘测点的最大主应力次之,为30.8mpa,面板上测点的最大横向应力较小,为16.7mpa。面板横向应力、纵肋腹板竖向应力的纵向影响线长度约为2倍横隔板间距,横隔板开口上缘主应力的纵向影响线长度约为1.5倍横隔板间距,纵肋底板纵向应力的纵向影响线长度约为3倍横隔板间距。运用泄水法对徐行试验测得的应力历程进行分析,得到钢桥面板关键构造的应力振动幅值大于5mpa的次数分别为:纵肋底板跨中纵向应力3次,最大应力振动幅值为60.1mpa;面板横向应力3次,最大应力振动幅值为26.8mpa;纵肋腹板竖向应力4次,最大应力振动幅值为16.1mpa;横隔板开口上缘主应力2次。运用an-sys软件提供的shell181单元建立钢箱梁节段模型进行静力分析,计算结果与实测结果基本一致,表明shell181单元能够模拟钢桥面板的受力特征。