货运繁重公路的车辆荷载谱和疲劳车辆模型

为研究货运繁重公路的车辆荷载谱和疲劳车辆模型, 基于佛山平胜大桥的动态称重系统采集的多时段车流数据, 归类出了车辆荷载谱的10类代表车型, 分析了代表车型的轴距、质量、轴重和超载数据, 以及沿不同车道的车辆和轴重分布特性, 提出了可用于钢桥疲劳评估的车辆荷载谱; 以疲劳加载率最大的六轴车辆为原型, 基于疲劳损伤等效原则分别提出了桥梁单向重载车道的疲劳车辆模型和简化疲劳车辆模型。计算结果表明: 平胜大桥呈现货运繁重公路的典型特征, 车辆日均通行总量达到了45 065veh, 约为《AASHTO LRFD》定义的日均通行量20 000veh的2.3倍; 疲劳车辆在全部交通流中的比例为51.6%, 为《AASHTO LRFD》定义的20.0%的2.6倍; 货车占疲劳车辆总数的45.2%, 主要分布于重载车道, 而且通行货车超载比例占到相应车型的30%⁷0%, 最大超载货车达到了132.5t;两轴货车超载率为29.0%, 等效质量达到17.5t, 后轴等效轴重达到12.1t, 因而不能忽略两轴货车的疲劳加载贡献。对比《AASHTO LRFD》五轴标准疲劳车辆模型(前轴轴重为2.6t, 中间双联轴和后面双联轴的单轴轴重均为5.4t) 和简化标准疲劳车辆模型(前轴为2.6t, 中轴和后轴均为10.8t), 提出的六轴单向疲劳车辆模型总质量为33.1t, 前轴轴重为3.6t, 中间双联轴和后面三联轴的单轴轴重均为5.9t;简化单向疲劳车辆模型的前轴轴重为3.6t, 中轴和后轴分别为11.8、17.7t;针对重载车道提出的六轴疲劳车辆模型总质量达到了36.5t, 前轴轴重为4.0t, 联轴中的单轴轴重均为6.5t;对应的重载车道简化疲劳车模型的前轴轴重为4.0t, 中轴和后轴轴重分别为13.0、19.5t。     

切口型式对 正交异性钢桥面板应力特性的影响

正交异性钢桥面板横隔板切口处疲劳问题突出,裂纹通常萌生于切口自由边以及切口起始处纵肋-横隔板连接焊缝。为研究不同切口型式对疲劳细节应力的影响,建立有限元分析模型,获得细节在轮载下的应力响应。研究结果表明:切口自由边细节是面内应力主导,且较大的切口半径有利于降低应力水平;纵肋腹板在平行于焊缝方向的外侧应力最大,属于纵肋-横隔板连接焊缝中最不利的细节,因此该连接处的裂纹通常会萌生于焊缝末端的纵肋腹板外侧,并沿垂直于焊缝的方向扩展;对于纵肋-横隔板连接焊缝的横隔板细节,当切口型式为相切过渡的方式时,面外应力远小于垂直过渡的方式,而面内应力相反;采用Eurocode 3中推荐的切口型式是合适的。     

正交异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳性能

为了揭示正交异性钢桥面板弧形切口母材的开裂机理, 采用有限元程序ANSYS建立钢箱梁节段模型与钢桥面板单元子模型, 为确保计算的精确性, 进行了网格无关性检查, 分析了弧形切口疲劳细节在移动轮载作用下的应力响应特征, 分别采用热点应力法与名义应力法评估了弧形切口细节的疲劳性能, 并研究了横隔板厚度与切口形状对构造细节应力的影响。研究结果表明: 弧形切口细节应力影响线长度在纵桥向为横隔板间距的2倍, 因而可用疲劳车的中轴组单独加载, 根据AASHTO LRFD, 1辆5轴疲劳车会在该构造细节上产生2或3个应力循环; 弧形切口在纵、横桥向的最不利荷载位置分别为轮载中心作用于纵肋腹板与面板交界处和中轴前轮作用于距横隔板0.3m处; 弧形切口边缘应力集中点的应力方向与水平面的倾角为67.2°; 疲劳评估结果与名义应力提取位置密切相关, 可采用热点应力法并基于FAT125的疲劳寿命曲线进行弧形切口的疲劳评价, 也可根据疲劳等效原则提取距切口边缘5mm处的应力, 并基于名义应力法开展疲劳评价; 建议采用Eurocode 3中圆弧半径较大的公路桥梁切口形状, 其热点应力与研究的切口形状相比降低了12.4%, 且当横隔板厚度不小于12mm时, 弧形切口细节的应力幅小于截止应力幅, 为无限疲劳寿命; 横隔板弧形切口的开裂与切口形状不佳、横隔板厚度偏小、制造工艺不完善以及货车通行量大等因素密切相关。     

某正交异性板钢桥弧形切口疲劳开裂的现场监测分析

正交异性桥面板弧形切口开裂问题在早期建成的钢桥上时有发生。通过现场监测随机车流下弧形切口的应力时程,获得弧形切口的应力谱,基于等效损伤原则获得构造细节的等效应力幅和加载次数,并基于AASHTO规范开展弧形切口疲劳评价。研究结果表明:横隔板弧形切口仅能分别轴组,在超载车辆作用下,横隔板弧形切口将产生很大的应力响应,应力峰值可能会超过钢材的设计应力。弧形切口面内应力主导,横隔板厚度增大可以有效降低总体应力水平。结果显示弧形切口疲劳寿命远小于设计寿命,横隔板偏薄、货车通行比例高、通行量大和超载严重是导致该桥过早出现疲劳开裂的主要原因。     

2种弧形切口对RF构造细节疲劳性能影响的现场监测

现场监测能真实反映结构的构造细节、边界约束和桥面加载条件,是正交异性钢桥面板疲劳评价最合理有效的方法之一。基于某正交异性桥面板钢箱梁桥,通过监测随机车流下同一车道紧邻的2个横隔板上疲劳敏感构造细节的应力响应时程,对比2种不同弧形切口正交异性钢桥面板构造细节的应力响应;通过雨流计数法获取构造细节应力谱,再基于米勒线性累积损伤准则计算疲劳等效应力幅和等效加载次数;最后基于AASHTO LRFD规范条文计算相关构造细节的疲劳寿命。研究结果表明:横隔板弧形切口构造细节总应力是面内应力分量主导,小弧形切口峰值应力时面外应力对总应力的比不大于23%,而大弧形切口仅略减小到20%,但大弧形切口削弱了横隔板腹板,使得传递面内竖向应力的面积减小,反而增大了弧形切口构造细节的应力,因而大弧形切口构造细节的疲劳寿命仅为10.6年,低于小弧形切口的14.2年;对纵肋-横隔板(Rib-to-floorbeam,RF)焊缝构造细节而言,大弧形切口减轻了RF之间的相互约束,能一定程度减小RF纵肋侧和RF横隔板侧的应力响应;但增大了RF围焊处因弯曲产生的压应力,从而导致横向泊松效应在该构造细节处产生大的二次应力;采用小弧形切口时估计的纵肋-横隔板焊缝构造细节的疲劳寿命大于100年,而采用大弧形切口对应寿命仅为31年。研究结果可为正交异性钢桥面板抗疲劳设计和加固提供有益的参考。     

无切口钢-UHPC组合桥面纵肋-横隔板接头疲劳性能

为解决正交异性钢桥面纵肋-横隔板接头疲劳开裂问题,根据正交异性钢桥面构造特点,提出了一种疲劳性能良好的新型无切口正交异性钢-UHPC组合桥面,能简化制造工艺,提高经济性能.基于ANSYS数值分析平台建立双尺度有限元模型,采用欧洲规范疲劳荷载模型III开展纵桥向移动加载,获得了纵肋-横隔板接头在3种典型横向位置下的轮载热...     

钢-UHPC组合桥面闭口纵肋-横隔板接头疲劳性能

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...