基于實(shí)測應(yīng)變的正交異性鋼橋面板構(gòu)造細(xì)部疲勞壽命評估.pdf

1、正交異性鋼橋面板因其優(yōu)越的結(jié)構(gòu)形式在我國大跨橋梁結(jié)構(gòu)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。正交異性鋼橋面板受力復(fù)雜，構(gòu)造形式多變，加上焊接節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力集中和不可避免的焊接缺陷，橋面板易于發(fā)生疲勞破壞。目前，關(guān)于疲勞損傷的力學(xué)機(jī)理和計(jì)算分析已有不少這方面的文獻(xiàn)出現(xiàn)，但由于正交異性鋼橋面板的復(fù)雜性，這方面的研究工作開展得不是很多，且研究多集中于利用有限元手段分析構(gòu)件的應(yīng)力分布和應(yīng)力大小，正交異性鋼橋面板的疲勞試驗(yàn)相對缺乏。隨著人們對鋼橋面板的構(gòu)造細(xì)節(jié)認(rèn)識的

2、不斷深入，對新出現(xiàn)的構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行有針對性的疲勞性能分析是必要的。為了探明正交異性鋼橋面板的構(gòu)造細(xì)部疲勞損傷特性，需進(jìn)行構(gòu)造細(xì)節(jié)疲勞性能的試驗(yàn)研究；同時(shí)結(jié)合有限元分析手段，對影響構(gòu)造細(xì)節(jié)疲勞性能的主要因素進(jìn)行分析，對實(shí)際橋梁的構(gòu)造細(xì)節(jié)疲勞性能提供一些參考意見和分析方法。本文基于實(shí)測應(yīng)變和有限元分析方法，對正交異性鋼橋面板構(gòu)造細(xì)部疲勞壽命評估進(jìn)行了研究，主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　 疲勞試驗(yàn)過程中，應(yīng)變和外加荷載基本上呈線性關(guān)系；

3、當(dāng)循環(huán)次數(shù)增加時(shí)，應(yīng)變隨荷載增加的速度逐漸有所降低，曲線漸趨于平緩。在疲勞試驗(yàn)的最后階段因?yàn)閿嗔岩鸬膽?yīng)力釋放，曲線開始部分下降。試件在縱肋與頂板焊縫連接處外側(cè)的頂板與縱肋的損傷發(fā)展較大，尤其是外側(cè)的頂板部分，而頂板的內(nèi)側(cè)則無明顯的損傷。
　　 正交異性鋼橋面板模型的縱肋與橫隔板的連接焊縫處是容易發(fā)生疲勞破壞的位置，同實(shí)際橋梁的疲勞破壞相一致；縱肋與蓋板焊接位置的破壞多發(fā)生于蓋板的母材內(nèi)。本文試驗(yàn)的疲勞壽命結(jié)果及相關(guān)參考文獻(xiàn)試驗(yàn)

4、結(jié)果表明，縱肋與橫隔板焊接部位疲勞壽命離散性很大，與評估應(yīng)力幅的定義和施工質(zhì)量的等級密切相關(guān)。該類構(gòu)造的疲勞等級建議劃分為疲勞抗力最低的G級或W級；建議橫隔板腹板孔邊緣部位在設(shè)計(jì)過程中可以采用BS5400中的C類曲線，縱肋與蓋板焊接部位可采用英國橋規(guī)BS5400的D類曲線。
　　 以鋼材殘余應(yīng)變的增加定義損傷變量，用分段函數(shù)的形式建立了疲勞累積損傷的公式。提出用自然對數(shù)函數(shù)來描述疲勞發(fā)展第二階段的疲勞損傷發(fā)展，該累積損傷公式在反

5、映疲勞損傷時(shí)具有一定的精度。
　　 對于形狀復(fù)雜難以明確地定出名義應(yīng)力的焊接接頭，其疲勞壽命用名義應(yīng)力進(jìn)行表示，結(jié)果分散性很大；熱點(diǎn)應(yīng)力考慮的主要是線性范圍內(nèi)的應(yīng)力，研究了三種方法來求熱點(diǎn)應(yīng)力：以距離熱點(diǎn)0.5t和1.5t為參考點(diǎn)進(jìn)行線性外推(各船級社推薦)；以距離熱點(diǎn)0.4t和1.0t為參考點(diǎn)進(jìn)行線性外推(國際焊接學(xué)會ⅡW推薦)；直接取距離熱點(diǎn)0.5t處的應(yīng)力作為熱點(diǎn)應(yīng)力。
　　 采用外推法或取距離熱點(diǎn)(焊趾)一定距離

6、得到的熱點(diǎn)應(yīng)力，就可以避開由于焊縫形狀、切口等因素引起的非線性峰值。應(yīng)用熱點(diǎn)應(yīng)力分析的方法，通過外推得到焊趾附近的熱點(diǎn)應(yīng)力值，對正交異性鋼橋面板的縱肋與蓋板的焊接部位進(jìn)行疲勞壽命評估。結(jié)果與中國鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的母材的抗疲勞設(shè)計(jì)曲線比較接近，因此，采用熱點(diǎn)應(yīng)力的方法對該類細(xì)節(jié)進(jìn)行疲勞壽命的評估。
　　 在行車方向上，輪載位于縱肋跨中時(shí)，縱肋的下端應(yīng)力達(dá)到最大值；輪載位于離橫隔板約1/6跨度處，橫隔板與縱肋焊縫位置處的應(yīng)力

7、達(dá)到最大值。在垂直于行車方向上，輪載中心線位于縱肋與蓋板焊接位置處，橫隔板與縱肋焊接位置應(yīng)力達(dá)到最大值。橫隔板上應(yīng)力集中點(diǎn)位于孔邊緣附近或者是橫隔板與縱肋焊接位置，該處也是容易發(fā)生疲勞破壞的位置。解決該點(diǎn)疲勞問題是解決橋梁疲勞破壞的重要內(nèi)容。同一車道或不同車道的多輛車行駛不會對某一部位的應(yīng)力幅產(chǎn)生明顯的疊加效應(yīng)，鋼橋面板的疲勞驗(yàn)算可不考慮多車效應(yīng)。
　　 實(shí)橋?qū)崪y數(shù)據(jù)分析表明，日應(yīng)力譜和標(biāo)準(zhǔn)日應(yīng)力譜分布具有相似規(guī)律，應(yīng)變傳感器記