基于疲劳破坏试验的高强螺栓松动机理分析

对某大桥横梁节点疲劳破坏试验,相继观察到高强螺栓出现松动,经过分析,阐明了横梁节点连接螺栓的松动机理。运用空间解析几何原理,进一步建立螺栓螺纹面方程,确立各转矩之间的关系,得出了高强螺栓支承面摩擦转矩、摩擦剪力和螺纹面摩擦转矩、摩擦剪力之间的关系式。最后总结了该类高强螺栓连接的松动规律。     

转向机螺栓松动滑移原因解析

某车型的开发过程中,转向机与前副车架连接螺栓在台架试验中,效率试验时,出现了螺栓拧紧轴力低于最小必要轴力,并在滑移试验时,出现了松动滑移现象,本文通过设计计算及试验验证,分析出现松动滑移的原因及给出解决方法,并对解决方案进行实物的验证,快速有效地解决了松动滑移的问题,为后续类似的问题处理及设计提供借鉴和参考。     

套筒加强式圆形钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验

为解决圆形钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓节点在地震荷载作用下存在的安全隐患,提出套筒加强式节点。以节点构造方式和梁柱刚度比为主要影响因素,设计10个1/2缩尺比例的圆形钢管混凝土柱-钢梁节点试件,采用柱端加载方式完成了试件的低周反复荷载拟静力试验,观测了试件的破坏过程与破坏模式,分析了各试件的滞回曲线、承载能力、延性和耗能能力、强度与刚度退化等特征参数,系统研究了不同影响因素下套筒加强式焊接节点、栓焊混合节点与传统螺栓连接节点的破损规律差异,并给出了此类节点极限弯矩的计算方法。研究结果表明：节点的破坏模式主要取决于节点的构造方式和梁柱刚度比,套筒加强式栓焊混合节点避免了螺栓松弛、断裂以及焊缝开裂等破坏形式的发生,达到了“强节点,弱构件”的抗震设计要求;套筒结构使节点核心区的焊缝和螺栓共同承受弯矩和剪力,提高了节点强度和梁柱连接的刚度,节点由螺栓连接时的半刚性连接变为刚性连接;与传统螺栓连接节点相比,套筒加强式节点具有更高的承载力和安全储备,其等效黏滞阻尼系数、转角延性系数、弹性及弹塑性层间位移角均满足规范要求,各抗震性能指标良好;节点极限弯距的计算结果与试验结果吻合较好,表明该方法可用于此类节点的设计计算。     

螺纹紧固件松动的影响因素及防松工艺

螺纹连接作为汽车零部件装配的主要连接方式,其装配质量直接影响汽车行驶的可靠性和安全性。螺栓的主要失效形式为螺栓松动后引发疲劳断裂,包括旋转松动和非旋转松动。螺纹紧固件松动的影响因素主要有初始预紧力、摩擦系数、初始松动等,提出了预紧力拧紧防松、摩擦防松、机械锁紧防松等防松措施。     

机场水泥混凝土道面传力杆结构的疲劳破坏研究

为分析疲劳荷载作用下,机场水泥混凝土道面传力杆与周围混凝土间变形和损伤情况,以及传力杆失效机制,使用MTS试验仪对单传力杆结构试件进行了循环荷载加载试验,分析了传力杆结构的变形规律和损伤情况,揭示了水泥混凝土道面传力杆结构的疲劳破坏机制。结果表明,越靠近界面的传力杆位移变化越大;荷载加载初期传力杆变形量大,随荷载增加,变形量渐趋稳定;加载距离越大,传力杆松动量增加速率越大,越容易失效;疲劳加载造成传力杆底部混凝土脱落,并逐渐破坏至失效。     

丫髻沙大桥桥面系加固设计

针对丫髻沙大桥(主桥为主跨360 m的三跨连续中承式钢管混凝土拱桥)运营期间桥面系出现的病害(部分纵梁、横梁连接处高强螺栓松动、断裂,连接角钢开裂、断裂,部分横梁腹板与下翼缘连接处焊缝开裂等),进行原因分析及桥面系加固设计.经分析,汽车荷载增加引起桥面系横梁的应力增加,降低钢结构的疲劳性能是引起桥面系病害的主要原因.加固设计活载维持原设计荷载标准不变,通过增设止裂孔,增加钢横梁截面,增设大纵梁,改变纵梁、横梁的连接方式对桥面系进行系统加固,采用有限元计算及试验检验了加固措施的安全性及有效性.     

基于压电陶瓷的法兰连接中高强螺栓松动损伤监测试验研究

针对法兰连接构件中高强螺栓的松动问题,该文提出基于压电陶瓷的法兰连接中高强螺栓松动损伤监测方法,采用压电波动法对法兰连接中高强螺栓松动损伤进行监测试验研究,两个钢法兰通过4颗高强螺栓连接,在钢管表面预定位置粘贴压电陶瓷片,其中1个作为驱动器发射应力波信号,另外3个作为传感器接收应力波信号。试验包括健康状态、松动1颗、2颗、3颗、4颗高强螺栓共5个工况,法兰连接试件采用横向和竖向两种放置方式。试验中判断螺栓的松动损伤程度分析方法包括时域分析、频域分析以及小波包能量分析。结果表明:随着法兰连接试件之间的紧密性减小,时域、频域信号幅值均逐渐降低,小波包能量也会逐渐减少。     

坝陵河大桥钢桁加劲梁主横桁架焊接整体节点疲劳试验

贵州坝陵河大桥为主跨1088 m的单跨简支钢桁加劲梁悬索桥,钢桁加劲梁的主横桁架与主桁架上弦杆之间采用焊接整体节点连接.为研究该焊接整体节点的疲劳性能,进行了足尺模型疲劳试验.根据该桥设计交通量,采用BS 5400规范中的标准疲劳车,按损伤等效原则,并考虑多车效应及缩尺比例,推算了试验疲劳荷载.试验结果表明,经过200万次的循环加载后,节点模型未出现任何疲劳裂纹,应力状态稳定,结构疲劳性能满足设计要求.该焊接整体节点形式对我国今后大跨钢桁梁桥类似节点的设计和研究有重要参考意义.     

贯通钢筋PBL剪力键静动载性能试验研究

为研究钢-混凝土结合段部位PBL剪力键结构的极限抗剪承载力与疲劳性能,依据某大桥钢-混凝土结合段剪力键实际结构,设计并制作了14个PBL剪力键结构推出试件进行静载与疲劳推出试验,分析了其荷载~滑移曲线、疲劳性能及疲劳破坏方式,并拟合得到荷载~滑移曲线计算公式及失效概率为50%与2.3%时的荷载与寿命曲线方程。结果表明:在静载推出试验中,PBL剪力键结构试件混凝土纵向劈裂破坏,其极限承载力均值为198.11kN;在疲劳试验中,试件混凝土榫破碎,同时贯通钢筋被剪断。     

大跨径双层悬索桥钢桁梁整体焊接节点疲劳分析与试验

为了给大跨径钢桁梁悬索桥抗疲劳设计提供依据,针对杨泗港长江大桥钢桁梁采用的整体焊接节点,开展了多轴疲劳荷载作用下整体焊接节点的有限元疲劳分析和试验研究。首先通过建立全桥有限元模型,基于英国BS 5400规范和Miner准则,获得了在标准疲劳车作用下全桥最不利整体节点及其各杆件200万次等效疲劳轴力幅;其次建立最不利整体节点空间精细化模型,通过对各轴向杆件施加200万次等效疲劳轴力幅,进行了多轴荷载下整体节点的疲劳性能分析;最后基于相似理论,设计了1∶6的整体焊接节点缩尺模型,进行多轴荷载下的疲劳试验研究。结果表明:位于距主塔297m距离的F34节点为疲劳最不利下弦杆整体节点;F34节点最大Von-Mises应力在78.8~130.6 MPa,小于设计规范的疲劳强度;200万次的模型疲劳加载试验过程中,未发现任何疲劳裂纹产生,各测点的应力值与理论值误差小于7.8%;杨泗港长江大桥钢桁梁整体焊接节点疲劳性能满足设计要求,研究成果对大跨径双层悬索桥抗疲劳设计具有直接的指导作用。     

某车型悬置支架紧固件松动分析及装配正向设计

利用断口分析、金相试验、摩擦系数测试分析了某车型在道路试验中悬置支架和变速箱壳体螺纹孔断裂的主要原因。结果表明,悬置支架与变速箱连接紧固件防松能力较差,轴向夹紧力不足以抵抗外部载荷,路试过程螺栓逐渐松脱导致最终零部件发生疲劳断裂。因此,对装配工艺重新设计,依据路谱采集的载荷对紧固件和被连接件进行选型和优化,通过夹紧力的校核重新计算装配扭矩,利用超声波飞行时间标定螺栓实际产生的轴向夹紧力,设计方案经道路循环试验验证,夹紧力保持稳定,紧固件未发生滑移松动,零部件连接可靠性满足技术要求。     

钢管腹杆-混凝土K形组合节点试验及仿真分析

为研究钢桁腹-混凝土组合梁中钢管腹杆与混凝土弦杆K形组合节点的传剪机理,开展K形节点区抗剪试验及节点区键销钢筋、连接螺栓的直剪试验,得到K形节点区的破坏形态,并通过试验提出的钢筋及螺栓直剪的多折线荷载~位移本构模型,进行K形节点区的精细化三维非线性仿真分析。研究结果表明,K形节点区的竖向剪力来自于相邻节间弦杆的轴力差,键销钢筋及连接螺栓的直剪破坏是节点区受剪失效的主要原因,其抗剪承载力主要由键销钢筋及连接螺栓提供;所建立的K形节点区非线性仿真模型能够较好地反映节点区的破坏形态,极限承载力及荷载~位移曲线与试验结果吻合良好。     

双层钢桁架悬索桥整体节点疲劳试验研究

大连星海湾大桥是中国首座双层钢桁架公路悬索桥,其主桁架杆件采用整体节点连接。为了掌握该桥整体节点的疲劳性能,对弦杆整体节点1∶2缩尺模型进行疲劳试验。参考国内外同类桥梁疲劳试验,采用英国规范BS 5400规定的标准疲劳车,确定疲劳试验荷载取值。在设定的试验荷载下进行200万次循环加载。在试验过程中每50万次循环加载后停机进行静载试验,并对模型重点部位进行裂纹观察。结合国内外相关规范,评估整体节点的疲劳安全性能。试验结果表明:实测应力幅基本为50 MPa以下,试验模型应力水平较低,疲劳加载200万次后,试验模型未出现裂纹。在结构使用寿命期间内和正常养护维修情况下,整体节点不会发生疲劳破坏。     

混凝土路面传力杆疲劳松动行为的试验研究与数值模拟

针对水泥混凝土路面传力杆的疲劳失效问题,从传力杆与混凝土接触面力学性能退化的角度入手,研究了传力杆疲劳失效现象的产生机理与扩展规律。首先,建立了考虑传力杆与混凝土、面层与基层接触面力学行为的水泥混凝土路面三维有限元模型,研究了多种车辆轴载作用于板边时传力杆装置的力学特性;其次,开发了传力杆与混凝土接触面力学性能试验系统,设计了传力杆试件的拟静力加速加载试验,模拟了传力杆疲劳松动的形成过程;再次,根据试验现象建立了含弥散裂纹体的缩缝子结构有限元模型,应用扩展有限元法模拟了传力杆的疲劳松动行为;最后,提出了基于数值分析技术的水泥混凝土路面缩缝临界车辆轴载计算方法。研究发现:轮胎与路面接触位置下方传力杆附近应力集中区域是荷载传递过程中缩缝结构的最不利位置;重载车辆长期作用导致传力杆周边混凝土材料长期处于高接触应力加卸载状态,由此引发的龟裂与剥落最终将造成传力杆疲劳松动量的不断增加;应用数值分析技术可有效地反演路面缩缝结构的临界车辆轴载,防止传力杆周边混凝土内出现损伤累积,避免传力杆发生疲劳松动。研究成果有助于更精确地评估水泥混凝土路面传力杆装置的工作状态,了解传力杆在交通荷载与环境等因素长期作用下的失效过程,科学地预测传力杆装置的疲劳寿命,快速地进行设计方案对比。     

宿淮京杭运河特大桥管节点的疲劳性能研究

工程中常用的评价管节点疲劳寿命的方法是使用S-N曲线.当管节点承受疲劳荷载作用的时候,可以通过数值方法得到沿着焊缝处的热点应力幅的大小.采用有限元软件ANSYS计算了宿淮铁路京杭运河特大桥的H3横撑T形管节点在轴向力、平面内弯矩以及平面外弯矩作用下的热点应力,根据相关计算方法得出节点处应力集中系数以及支管和弦管应力集中系数的分布,通过计算发现,最大应力集中系数出现在支管,说明在疲劳荷载作用下,支管会先破坏.然后通过S-N曲线,可以预测此节点在破坏前可以承受疲劳载荷的循环次数.     

螺栓装配的可靠性和失效

以EQ6100发动机连杆螺栓为对象,进行了失效分析、力矩系数测定、疲劳试验和松动试验。指出,由于有关参数的实际值与理论值存在差异,因此在装配时拧紧力矩只有按实测参数确定,才足以保证螺栓连接的可靠性。     

装配悬臂式挡土墙节点承载特性试验研究

为实现挡土墙的装配化,将悬臂式挡土墙拆分为立板和底板进行预制拼装,设计了预留钢筋焊接、螺栓角钢连接、锚栓连接3种新型装配式挡墙以及整体浇注式挡土墙,按1∶5的比例在室内进行了预制装配试验,检验并对比了4种连接方式挡土墙预制装配的难易性,再通过对立板施加水平荷载测试了4种连接方式挡土墙的极限承载力和破坏模式。研究表明,设计的3种装配式节点均可顺利装配,但锚栓式挡土墙装配施工最为便捷,另两种结构因焊点多和连接件定位精度要求高使得装配施工难度较大。焊接式挡土墙的连接刚度和承载力与整体浇注式挡土墙基本相同,破坏出现在立板配筋减少处。螺栓角钢连接式挡土墙和锚栓装配式挡土墙的承载力基本相同,都比整体式挡土墙要小一些;由于构件间存在初始间隙,这两种连接方式挡土墙的节点抗弯刚度也较整体浇注式挡土墙要小,螺栓角钢连接式挡土墙的破坏出现立板底部螺孔处,而锚栓连接式挡土墙的破坏出现在立板下部截面突变处。设计的3种装配式结构均具有足够的安全系数,用于工程实际时还应考虑施工的难易程度和经济性的影响,并采用有效措施消除构件间的初始间隙。     

正交异性钢桥面板足尺疲劳试验

以某大跨径斜拉桥采用的正交异性钢桥面板为工程背景,进行钢桥面板疲劳性能试验研究,足尺疲劳试验循环次数累积达到1 020万次.试验结果表明:加劲肋与盖板连接部位出现了纵向疲劳裂纹;加劲肋与横隔板连接的焊缝端部出现了在焊趾处萌生并沿加劲肋腹板扩展的疲劳裂纹;受焊接残余应力影响,处于疲劳荷载压应力区的腹板与横隔板连接焊缝端部也萌生了疲劳裂纹;横隔板挖孔部位无疲劳裂纹;若以测点应力发生变化为疲劳失效判据,则加劲肋与横隔板连接端部的疲劳细节高于AASHTO中D类和Eurocode的63类细节等级,加劲肋与盖板连接的疲劳细节高于AASHTO中D类和Eurocode的71类细节等级;若以出现疲劳裂纹为疲劳失效判据,则其疲劳细节高于AASHTO规范中D类和Eurocode的80类细节等级.     

高强混凝土梁在疲劳荷载作用下的裂缝宽度计算

为了分析讨论高强混凝土梁在疲劳荷载作用下裂缝变化的一般规律和特点,通过9根配有新Ⅲ级钢筋的高强混凝土梁的等幅疲劳荷载试验,研究了影响高强混凝土梁疲劳裂缝宽度的主要因素,并根据初始裂缝宽度和受压区混凝土应变增长系数建立了疲劳荷载作用下高强混凝土梁的裂缝宽度计算公式。最后,将计算结果与试验结果进行了对比分析,分析表明:该计算公式可以准确地预测高强混凝土梁从初期裂缝开展直至破坏的裂缝宽度发展规律,可为高强混凝土梁的设计提供一定的参考。     

螺栓对盾构隧道管片接头抗弯承载力的影响

抗弯承载力是管片接头的重要力学属性,可为评价管片接头或整环结构承载安全提供重要参考,而螺栓是管片接头的重要组成部分,由于实际工程中接头连接螺栓可能失效,因此研究螺栓对于管片接头抗弯承载力的影响十分必要。为此,首先基于经典钢筋混凝土构件抗弯理论和压弯荷载下管片接头受力特征,建立了考虑复杂接缝面构造的接头抗弯承载力理论模型,然后分别开展有螺栓接头和无螺栓接头抗弯破坏试验对理论模型进行验证,最后基于理论模型,针对厚度0.40~0.65 m的6种典型管片接头,分析有、无螺栓对接头抗弯承载力的影响。研究结果表明：高轴压下,有螺栓管片接头和无螺栓管片接头的破坏过程分别可分为3个阶段和2个阶段,接头受压区边缘混凝土接触后破坏现象开始密集产生;正负弯矩下,有螺栓和无螺栓接头抗弯承载力理论模型与足尺试验的最大相对误差分别为5.6%和6.1%,表明理论模型具有较高的计算精度;对于不同厚度管片接头,轴压比大于0.309~0.455（正弯,负弯为0.417~0.499）或偏心距小于0.101~0.166 m （正弯,负弯为0.071 1~0.099 2 m）时,螺栓对其抗弯承载力无影响,因此当管片接头处出现连接螺栓失效等情况时,可适当增大接头轴力或降低接头偏心距,以减小螺栓对接头抗弯承载安全的影响。