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制作误差对纵肋与横隔板焊接细节疲劳抗力的劣化效应 预览
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作者 许华翔 +1 位作者 李俊 张清华 《钢结构》 2019年第2期85-89,94共6页
纵肋与横隔板焊接细节是正交异性钢桥面板中的典型疲劳易损细节。受到制作焊接技术等因素的制约,该处构造细节的制作误差难以完全规避。为探究其对关注细节疲劳抗力的劣化效应,针对模型试验中产生的制作误差,基于线弹性断裂力学的扩展... 纵肋与横隔板焊接细节是正交异性钢桥面板中的典型疲劳易损细节。受到制作焊接技术等因素的制约,该处构造细节的制作误差难以完全规避。为探究其对关注细节疲劳抗力的劣化效应,针对模型试验中产生的制作误差,基于线弹性断裂力学的扩展有限元方法(XFEM),建立含裂纹有限元模型。通过对构造细节的第一主应力场以及断裂力学计算结果的分析对比,得到制作误差对纵肋与横隔板焊接细节疲劳抗力的劣化效应。研究结果表明:试验模型中产生了横隔板犄角切割垂直度误差(Ⅰ区)与横隔板开孔切割断面凹陷误差(Ⅱ区),其中I区制作误差的产生难以改变疲劳裂纹开裂模式;Ⅱ区制作误差削弱了横隔板开孔犄角处的纵向刚度,减轻了横隔板对围焊下方的约束;Ⅱ区制作误差一旦产生,横隔板弧形开孔处Ⅰ—Ⅲ型应力强度因子幅值均会迅速增大,随着制作误差的增加,Ⅰ—Ⅲ型应力强度因子幅值増势减缓。相对于无制作误差工况,Ⅱ区初始制作误差工况关注细节疲劳寿命减少了21. 4%,试验制作误差工况关注细节疲劳寿命减少了28. 5%。 展开更多
关键词 纵肋与横隔板焊接细节 制作误差 扩展有限元方法 疲劳抗力劣化效应
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新型装配式UHPC华夫型上翼缘组合梁受力性能 预览
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作者 张清华 韩少辉 +1 位作者 贾东林 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第3期445-452,共8页
为综合解决传统钢-混凝土组合结构中混凝土桥面板自重偏大和负弯矩区易开裂的问题,引入超高性能混凝土(ultra high performance concrete,UHPC)华夫板代替普通混凝土桥面板,提出一种新型组合梁装配式UHPC 华夫型上翼缘组合梁.以某典型 3... 为综合解决传统钢-混凝土组合结构中混凝土桥面板自重偏大和负弯矩区易开裂的问题,引入超高性能混凝土(ultra high performance concrete,UHPC)华夫板代替普通混凝土桥面板,提出一种新型组合梁装配式UHPC 华夫型上翼缘组合梁.以某典型 3 跨连续梁桥为研究对象,分别建立 3 跨连续梁整体和中支座区域梁段的有限元模型,研究了不同荷载工况下新型装配式 UHPC 华夫型上翼缘组合梁的受力性能,分析了 UHPC 华夫型上翼缘关键设计参数对该新型组合梁力学性能的影响规律,对比研究了组合榫型剪力槽与栓钉型剪力槽对该新型组合梁受力性能的影响.研究结果表明:在恒+活组合作用下,中支座负弯矩段华夫型上翼缘纵肋底缘和面板最大拉应力均小于配筋 UHPC 的抗拉强度设计值;当 UHPC 华夫型上翼缘纵、横肋宽 90 mm、高 200 mm,纵肋间距 700 mm,横肋间距 600 mm,面板厚 60 mm 时,UHPC 华夫型上翼缘受力较为合理;组合榫型剪力槽更适用于新型装配式 UHPC 华夫型上翼缘组合梁. 展开更多
关键词 桥梁工程 新型装配式组合梁 UHPC 华夫型上翼缘 有限元 组合榫型剪力槽
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钢桥面板纵肋与横隔板焊接细节表面缺陷及疲劳效应研究 预览
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作者 黄云 张清华 +1 位作者 郭亚文 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第3期203-213,223共12页
初始焊接缺陷是影响结构件疲劳性能的关键因素之一。在断裂力学评估框架下引入特征化初始焊接缺陷,结合相互作用积分法与复合断裂准则解决由表面缺陷所导致的复合型疲劳裂纹扩展问题,在此基础上编写裂纹扩展模拟程序,建立表面焊接缺陷... 初始焊接缺陷是影响结构件疲劳性能的关键因素之一。在断裂力学评估框架下引入特征化初始焊接缺陷,结合相互作用积分法与复合断裂准则解决由表面缺陷所导致的复合型疲劳裂纹扩展问题,在此基础上编写裂纹扩展模拟程序,建立表面焊接缺陷效应评价方法,通过分析揭示了不同形态和尺度的初始焊接缺陷对于钢桥面板纵肋与横隔板构造细节裂纹扩展关键性度量指标和疲劳寿命预测的影响。结果表明:所建立的方法可有效用于评估焊趾部位表面焊接缺陷对于疲劳性能的效应;面状缺陷对于裂纹扩展度量指标和疲劳寿命预测结果的影响更为显著,其初始缺陷深度和形态均是影响疲劳性能的关键因素,体积型缺陷对于疲劳寿命的影响主要由深度方向的缺陷尺寸决定;焊接缺陷的形态和几何参数取值应根据工程实际和规范建议值共同确定,直接简化为面状缺陷会低估结构件的疲劳寿命;考虑焊接缺陷不确定性的可靠度评估方法尚需进一步研究。 展开更多
关键词 钢桥面板 焊接缺陷 纵肋横隔板构造细节 断裂力学 应力强度因子 疲劳寿命预测 疲劳裂纹扩展
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钢桥面板纵肋双面焊构造疲劳裂纹扩展特性研究
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作者 张清华 郭亚文 +2 位作者 李俊 袁道云 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期49-56,110共9页
正交异性钢桥面板纵肋构造细节疲劳危害严重,修复困难,传统单面焊构造疲劳抗力不足是导致该部位疲劳开裂频发的主要原因。采用双面焊构造可望显著提高该构造细节的疲劳抗力,而初始焊接缺陷是该类构造细节疲劳抗力的关键影响因素。以双... 正交异性钢桥面板纵肋构造细节疲劳危害严重,修复困难,传统单面焊构造疲劳抗力不足是导致该部位疲劳开裂频发的主要原因。采用双面焊构造可望显著提高该构造细节的疲劳抗力,而初始焊接缺陷是该类构造细节疲劳抗力的关键影响因素。以双面焊构造为研究对象,基于线弹性断裂力学理论,建立多裂纹扩展模拟方法,通过多裂纹扩展试验验证该方法的可行性;在此基础上,对焊根处存在单一和多个初始缺陷条件下构造细节疲劳裂纹扩展特性进行研究。结果表明:外侧焊根单裂纹、内侧焊根单裂纹与焊根多裂纹扩展模式均为Ⅰ型开裂主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹扩展模式;多裂纹扩展特性并不显著,多裂纹在扩展初期由于临近裂纹等效应力强度因子幅值的迅速降低而转变为单一裂纹,此后其扩展规律与外侧焊根单裂纹扩展规律基本一致;3种裂纹在扩展初期裂纹形状比变化规律存在差异,但随着扩展深度的增加,等效应力强度因子幅值下降段变化规律基本一致,裂纹扩展达到一定深度后均呈扁平状且随扩展深度增加扁平状趋势更加显著;外侧焊根处的单一缺陷是控制钢桥面板纵肋双面焊构造疲劳抗力的主要缺陷,制造时应采取有效措施避免这类缺陷。 展开更多
关键词 桥梁工程 正交异性钢桥面板 双面焊构造 疲劳性能 断裂力学 裂纹扩展特性
纵肋与横隔板交叉构造细节穿透型疲劳裂纹扩展特性及其加固方法研究 预览
5
作者 金通 +1 位作者 李俊 张清华 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期211-218,共8页
纵肋与横隔板交叉构造细节是正交异性钢桥面板最易发生疲劳开裂的构造细节,通过建立有限元数值模型,采用断裂力学方法,研究栓接角钢加固方式对该处疲劳易损细节穿透型裂纹的加固效果。基于疲劳试验足尺节段模型相对应有限元模型,建立了... 纵肋与横隔板交叉构造细节是正交异性钢桥面板最易发生疲劳开裂的构造细节,通过建立有限元数值模型,采用断裂力学方法,研究栓接角钢加固方式对该处疲劳易损细节穿透型裂纹的加固效果。基于疲劳试验足尺节段模型相对应有限元模型,建立了纵肋与横隔板焊接处穿透型疲劳裂纹模型,针对栓接角钢和纵肋外侧栓接钢板两种加固技术的加固效果进行评估。研究结果表明:钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节的疲劳裂纹扩展至一定长度后将发展成穿透型裂纹,裂纹面受力复杂,纵肋腹板内外侧疲劳裂纹扩展特性表现的不一样,但是随着裂纹扩展的逐步进行,裂纹尖端的开裂模式均以复合型开裂为主;栓接角钢加固方式主要抑制纵肋与横隔板交叉构造细节易损部位疲劳裂纹的I型开裂,因此能很好地抑制短裂纹的扩展,但对于该细节处以复合形式扩展的穿透型疲劳裂纹的加固效果并不显著;在纵肋外侧栓接半U形钢板的加固方法能有效改善穿透型疲劳裂纹的等效应力强度因子,并且加固之后均保持在裂纹扩展阈值以下,表明该加固方式对穿透型疲劳裂纹有良好加固效果。 展开更多
关键词 钢桥面板 纵肋与横隔板焊接细节 断裂力学 疲劳开裂加固 应力强度因子
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基于高性能材料实验的学生创新能力培养 预览
6
作者 张清华 贾东林 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2019年第1期16-19,32共5页
依托纵向科研项目,以超高性能混凝土基本力学性能实验研究为载体,对学生创新能力培养模式进行了探索与实践。通过配制超高性能混凝土,使学生掌握超高性能混凝土的制备流程;通过立方体受压、劈裂实验和棱柱体轴心受压实验研究,使学生熟... 依托纵向科研项目,以超高性能混凝土基本力学性能实验研究为载体,对学生创新能力培养模式进行了探索与实践。通过配制超高性能混凝土,使学生掌握超高性能混凝土的制备流程;通过立方体受压、劈裂实验和棱柱体轴心受压实验研究,使学生熟悉并掌握了基本力学性能的测试方法,对超高性能混凝土的高抗压、高抗拉的优异力学性能和广阔发展应用前景有了明晰的认识。通过该实验实践项目,提高了学生独立进行科研的能力,充分挖掘了学生科研潜力,培养了学生综合创新能力。 展开更多
关键词 高性能材料 创新能力 超高性能混凝土 测试方法
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非平稳地震作用下高墩桥梁体间隙需求分析 预览
7
作者 李兰平 +2 位作者 贾宏宇 张明 李晰 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期113-120,共8页
为了研究非平稳地震作用下高墩桥梁体防撞间隙需求,基于随机振动理论及虚拟激励法,对不同烈度下场地条件对非平稳间隙需求的影响进行了分析.首先,建立了非平稳地震作用下相邻梁体相对位移需求与烈度间的数学关系;其次,基于理论计算的梁... 为了研究非平稳地震作用下高墩桥梁体防撞间隙需求,基于随机振动理论及虚拟激励法,对不同烈度下场地条件对非平稳间隙需求的影响进行了分析.首先,建立了非平稳地震作用下相邻梁体相对位移需求与烈度间的数学关系;其次,基于理论计算的梁体间最大相对位移,确定碰撞间隙宽度需求以达到防止梁体间发生碰撞的目的;最后,以某大跨度连续刚构-连续梁体系为实际工程算例,研究了非平稳地震作用下桥梁结构在一致场地和非一致场地(实际场地)条件下的碰撞间隙需求量,且获得了不同烈度下非平稳碰撞间隙需求谱.研究结果表明:非平稳地震作用下,硬土场地条件时,相对位移时变均方差的峰值最小,实际场地条件最大,约为硬土场地的4倍;实际场地条件的各烈度下非平稳碰撞间隙宽度需求均值比软土场地、中土场地和硬土场地分别大36%、69%和73%,均方差分别大45%、74%和78%;平稳地震激励比非平稳地震激励时碰撞间隙需求量大20%~30%. 展开更多
关键词 梁体碰撞 间隙宽度 非平稳地震动 场地分布 高墩
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钢桥面板与纵肋焊缝疲劳评估及裂纹扩展研究 预览
8
作者 黄云 张清华 +2 位作者 余佳 郭亚文 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期260-268,共9页
为研究正交异性钢桥面板纵肋与顶板连接焊缝的裂纹扩展特性并建立相应的疲劳寿命评估方法,考虑裂纹扩展模拟方法以及材料特性等因素对于裂纹扩展过程与疲劳寿命预测的影响,以某长江公路大桥重载交通钢桥面板为研究对象,进行了疲劳模型... 为研究正交异性钢桥面板纵肋与顶板连接焊缝的裂纹扩展特性并建立相应的疲劳寿命评估方法,考虑裂纹扩展模拟方法以及材料特性等因素对于裂纹扩展过程与疲劳寿命预测的影响,以某长江公路大桥重载交通钢桥面板为研究对象,进行了疲劳模型试验和理论研究.综合运用疲劳试验与断裂力学数值模拟研究起始于焊根位置裂纹的疲劳寿命评估问题,探明了疲劳裂纹的扩展特性.研究结果表明:基于常幅疲劳加载的寿命预测结果与试验实测值间的相对误差小于10%,且预测结果偏于安全;裂纹扩展路径及裂纹面空间形态等扩展特性与疲劳试验相吻合;裂纹扩展模拟方法、扩展角计算准则、材料特性和初始裂纹深度是疲劳寿命预测的关键影响因素;起始于焊根的疲劳裂纹属于Ⅰ型主导的复合型裂纹,疲劳寿命评估应考虑Ⅱ型与Ⅲ型裂纹的影响;裂纹面呈现出典型的空间曲面特征,其深度与长度之比介于0.20~0.63之间,最大扩展角为12.7°;疲劳寿命评估结果对于初始裂纹深度取值较为敏感,应结合工程实际确定合理取值. 展开更多
关键词 正交异性钢桥面板 纵肋顶板焊缝 疲劳寿命评估 裂纹扩展特性 疲劳试验 断裂力学 应力强度因子
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正交异性钢桥面板结构体系的疲劳破坏模式和抗力评估
9
作者 张清华 李俊 +2 位作者 郭亚文 袁道云 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期71-81,共11页
正交异性钢桥面板的疲劳问题属于包含多疲劳破坏模式的结构体系疲劳问题。基于这一本质特性,以典型的正交异性钢桥面板结构体系为研究对象,由结构体系的主导疲劳破坏模式出发,提出正交异性钢桥面板结构体系疲劳抗力评估的新方法。以纵... 正交异性钢桥面板的疲劳问题属于包含多疲劳破坏模式的结构体系疲劳问题。基于这一本质特性,以典型的正交异性钢桥面板结构体系为研究对象,由结构体系的主导疲劳破坏模式出发,提出正交异性钢桥面板结构体系疲劳抗力评估的新方法。以纵肋与顶板焊接细节和纵肋与横隔板交叉构造细节为主要研究对象,设计8个足尺节段模型,主要包括传统纵肋与顶板焊接细节、新型镦边纵肋与顶板焊接细节和纵肋与横隔板交叉构造细节,通过模型试验研究了两类重要构造细节的主导疲劳破坏模式和实际疲劳抗力,在此基础上结合切口应力评估方法探讨正交异性钢桥面板构造细节切口应力S-N曲线方程、结构体系的主导疲劳破坏模式等关键问题。研究结果表明:传统纵肋与顶板焊接细节和新型镦边纵肋与顶板焊接细节的主导疲劳破坏模式均为疲劳裂纹萌生于焊根并沿顶板厚度方向扩展,二者的实际疲劳抗力基本相同;纵肋与横隔板交叉构造细节的疲劳破坏模式为焊趾开裂沿纵肋腹板方向扩展;对于研究对象而言,萌生于纵肋与顶板焊接细节焊根并沿顶板厚度方向扩展的疲劳破坏模式为控制结构体系疲劳抗力的主导疲劳破坏模式。 展开更多
关键词 桥梁工程 正交异性钢桥面板 体系疲劳抗力 疲劳破坏模式 疲劳抗力评估 切口应力
新型镦边纵肋与顶板焊接构造细节疲劳性能试验 被引量:2
10
作者 张清华 罗鹏军 +1 位作者 徐恭义 《中国公路学报》 CSCD 北大核心 2018年第5期42-52,共11页
为了提高正交异性钢桥面板纵肋与顶板焊接构造细节的疲劳性能,提出了一种新型镦边纵肋与顶板连接构造细节,该构造细节通过局部镦厚与顶板连接部位的纵肋腹板,增大连接焊缝截面尺寸和局部刚度,从而减小该焊缝连接部位的应力集中程度,以... 为了提高正交异性钢桥面板纵肋与顶板焊接构造细节的疲劳性能,提出了一种新型镦边纵肋与顶板连接构造细节,该构造细节通过局部镦厚与顶板连接部位的纵肋腹板,增大连接焊缝截面尺寸和局部刚度,从而减小该焊缝连接部位的应力集中程度,以实现提高纵肋与顶板焊接构造细节的疲劳性能的目的。作为一种新型焊接构造细节,其实际疲劳破坏模式和疲劳抗力均有待研究确定,为验证这一新型构造细节在改善纵肋与顶板焊接构造细节疲劳性能方面的有效性并确定其实际疲劳破坏模式和疲劳抗力,设计2组共7个足尺节段模型进行疲劳试验,对新型镦边纵肋与顶板焊接构造细节和传统纵肋与顶板焊接构造细节进行对比试验和理论研究。研究结果表明:控制2类构造细节的主导疲劳破坏模式均为萌生于焊根、沿顶板开裂的疲劳破坏模式;该疲劳破坏模式下新型镦边纵肋与顶板焊接构造细节和传统纵肋与顶板焊接构造细节的疲劳性能基本一致,新型镦边纵肋与顶板焊接构造细节对于该疲劳破坏模式下的实际疲劳性能无明显的改善效果;切口应力法适用于该构造细节焊根的疲劳性能评估,从便于工程应用的角度考虑,距离顶板焊趾5mm处的应力值亦可作为纵肋与顶板焊接细节疲劳性能评估的依据。 展开更多
关键词 桥梁工程 正交异性钢桥面板 模型试验 疲劳性能 纵肋顶板焊缝 新型镦边纵肋
钢桥面板纵肋与顶板焊接细节疲劳裂纹扩展三维模拟方法 被引量:1
11
作者 张清华 金正凯 +1 位作者 刘益铭 《中国公路学报》 CSCD 北大核心 2018年第1期57-66,共10页
为了深刻认识正交异性钢桥面板的疲劳特性,准确评估其疲劳抗力,对纵肋与顶板焊接细节进行了三维疲劳裂纹扩展模拟。提出了一种主要针对椭圆或半椭圆形疲劳裂纹的扩展模拟方法,采用相互作用积分法计算裂纹尖端处的应力强度因子K,作为三... 为了深刻认识正交异性钢桥面板的疲劳特性,准确评估其疲劳抗力,对纵肋与顶板焊接细节进行了三维疲劳裂纹扩展模拟。提出了一种主要针对椭圆或半椭圆形疲劳裂纹的扩展模拟方法,采用相互作用积分法计算裂纹尖端处的应力强度因子K,作为三维裂纹模拟的基本参量。以青山长江公路大桥正交异性钢桥面板疲劳试验节段模型为研究对象,将纵肋与顶板焊接细节处的疲劳裂纹近似为单个半椭圆形裂纹,对其扩展过程进行三维模拟,通过试验结果验证了所提方法的有效性。在此基础上将初始裂纹分别设置于焊根和顶板焊趾,探讨了顶板厚度和U肋形式对于纵肋与顶板焊接细节疲劳裂纹扩展特性的影响问题。研究结果表明:所提出的方法能够准确模拟纵肋与顶板焊接细节疲劳裂纹的扩展过程,适用于其疲劳问题研究;增加顶板厚度能够有效改善纵肋与顶板焊接细节处的疲劳性能;相对于传统纵肋与顶板焊接细节而言,顶板与镦边U肋焊根和焊趾处的疲劳裂纹扩展特性和疲劳抗力没有显著差别,顶板与镦边U肋焊缝构造细节难以显著改善焊根和顶板焊趾处的疲劳性能;萌生于焊根并向顶板扩展的疲劳失效模式是控制传统纵肋与顶板焊接细节和顶板与镦边U肋焊缝构造细节疲劳性能的主导疲劳失效模式。 展开更多
关键词 桥梁工程 正交异性钢桥面板 疲劳裂纹扩展三维模拟方法 纵肋与顶板焊接细节
正交异性钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节疲劳开裂快速加固方法
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作者 张清华 李俊 +1 位作者 金通 《中国公路学报》 CSCD 北大核心 2018年第12期124-133,共10页
为研究钢桥面板疲劳开裂局部区域引入钢或高性能材料加固构件的装配式加固方法,以钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节为研究对象,采用足尺模型试验对钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节疲劳性能劣化及其疲劳开裂的栓接角钢装配式快速加固... 为研究钢桥面板疲劳开裂局部区域引入钢或高性能材料加固构件的装配式加固方法,以钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节为研究对象,采用足尺模型试验对钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节疲劳性能劣化及其疲劳开裂的栓接角钢装配式快速加固相关关键问题进行了试验和理论研究;基于断裂力学探究了纵肋与横隔板交叉构造细节三维疲劳裂纹的扩展特性、疲劳寿命预测及装配式快速加固方法的加固效果。研究结果表明:纵肋与横隔板交叉构造细节的疲劳裂纹萌生于焊趾并沿纵肋腹板进行扩展,其对结构力学特性的影响范围和程度随着裂纹的扩展而逐步加剧;加固后相应开裂部位关键测点和裂尖各测点的应力应变降幅分别达57%和80%,装配式加固构件与既有结构协同受力性能良好,能够有效抑制局部疲劳裂纹扩展;数值断裂力学分析表明,加固后裂尖应力强度因子降幅达90%,可有效抑制疲劳裂纹的进一步扩展。 展开更多
关键词 桥梁工程 正交异性钢桥面板 装配式快速加固方法 疲劳开裂 应力强度因子
基于等效结构应力法的正交异性钢桥面板体系疲劳抗力评估
13
作者 李俊 张清华 +2 位作者 袁道云 郭亚文 《中国公路学报》 CSCD 北大核心 2018年第12期134-143,共10页
正交异性钢桥面板的疲劳问题属于多疲劳失效模式下的结构体系疲劳问题,为研究其结构体系的疲劳失效模式和疲劳抗力,以典型的正交异性钢桥面板为研究对象,提出基于主导疲劳失效模式的结构体系疲劳抗力评估方法。由正交异性钢桥面板的重... 正交异性钢桥面板的疲劳问题属于多疲劳失效模式下的结构体系疲劳问题,为研究其结构体系的疲劳失效模式和疲劳抗力,以典型的正交异性钢桥面板为研究对象,提出基于主导疲劳失效模式的结构体系疲劳抗力评估方法。由正交异性钢桥面板的重要疲劳失效模式入手,设计3组共8个足尺节段模型,通过疲劳试验研究确定纵肋与顶板焊接细节和纵肋与横隔板交叉构造细节的重要疲劳失效模式及其实际疲劳抗力;基于所提出的结构体系疲劳抗力评估方法,探讨引入镦边纵肋和双面焊等新型构造细节条件下正交异性钢桥面板结构体系的疲劳抗力问题。研究结果表明:纵肋与顶板焊接细节主导疲劳失效模式为疲劳裂纹萌生于焊根并沿顶板厚度方向扩展,而纵肋与横隔板交叉构造细节主导疲劳失效模式为疲劳裂纹萌生于端部焊趾并沿纵肋腹板扩展;初始制造缺陷会显著降低正交异性钢桥面板重要疲劳失效模式的疲劳抗力并导致疲劳失效模式迁移;对于正交异性钢桥面板的结构体系而言,引入新型镦边纵肋与顶板焊接细节无法提高结构体系的疲劳抗力;而引入纵肋与顶板新型双面焊细节,可使结构体系的主导疲劳失效模式迁移至顶板焊趾或纵肋与横隔板交叉构造细节,结构体系的疲劳抗力得到显著提高。 展开更多
关键词 桥梁工程 正交异性钢桥面板 结构体系疲劳抗力 主导疲劳失效模式 双面焊
钢桥面板疲劳损伤智能监测与评估系统研究
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作者 张清华 崔闯 +2 位作者 魏川 李俊 《中国公路学报》 CSCD 北大核心 2018年第11期66-77,112共13页
正交异性钢桥面板作为大跨度桥梁的首选桥面板结构,实时监测并准确识别其重要构造细节的疲劳损伤程度,在此基础上预测剩余疲劳寿命,对于大跨度桥梁的服役期管理维护决策至关重要;但正交异性钢桥面板的疲劳问题具有多尺度、多模式、随机... 正交异性钢桥面板作为大跨度桥梁的首选桥面板结构,实时监测并准确识别其重要构造细节的疲劳损伤程度,在此基础上预测剩余疲劳寿命,对于大跨度桥梁的服役期管理维护决策至关重要;但正交异性钢桥面板的疲劳问题具有多尺度、多模式、随机性、隐蔽性等特性,且其对结构静动力响应的影响仅限于疲劳裂纹附近的局部区域,传统的损伤识别方法难以准确识别。结合智能技术的最新发展和正交异性钢桥面板疲劳问题的基本属性,构建了其疲劳损伤智能监测与评估系统,并对其疲劳损伤指标和疲劳损伤智能评估的相关关键问题进行研究。提出了基于等效结构应力的正交异性钢桥面板多尺度疲劳损伤评估方法;建立了考虑随机因素的结构体系实时疲劳损伤评估及剩余寿命预测方法;构建了正交异性钢桥面板疲劳损伤智能监测与评估系统;基于实际桥梁结构的交通量和结构响应监测信息,对所建立的正交异性钢桥面板疲劳损伤智能监测与评估系统进行了验证。研究结果表明:在实际交通荷载作用下,顶板与纵肋连接细节的疲劳主导失效模式为焊根部位起裂沿顶板扩展,所提出的疲劳损伤评估方法的评估结果与实际结构一致,表明所提出的方法能够准确确定结构体系的疲劳失效模式;疲劳损伤智能监测与评估系统所确定的实桥疲劳损伤及剩余寿命预测结果与实际桥梁疲劳损伤开裂时间基本一致;所建立的智能监测与评估系统可为正交异性钢桥面板疲劳损伤过程和寿命评估提供理论依据及支撑,并为实桥的运营管理养护决策提供科学依据。 展开更多
关键词 桥梁工程 正交异性钢桥面板 智能监测与评估系统 疲劳损伤 评估方法
波形顶板-UHPC组合桥面板优化设计 预览
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作者 张清华 程震宇 +2 位作者 廖贵星 李乔 《西南交通大学学报》 CSCD 北大核心 2018年第4期670-678,共9页
为解决正交异性钢桥面板的疲劳问题,从其根本原因和提高其抗疲劳性能的基本途径出发,提出一种新型波形顶板-UHPC(超高性能混凝土)组合桥面板结构体系.确定影响新型桥面板受力特性的主要参数及其合理取值范围,使用基于BP(back propagati... 为解决正交异性钢桥面板的疲劳问题,从其根本原因和提高其抗疲劳性能的基本途径出发,提出一种新型波形顶板-UHPC(超高性能混凝土)组合桥面板结构体系.确定影响新型桥面板受力特性的主要参数及其合理取值范围,使用基于BP(back propagation)神经网络的优化设计模型对结构进行优化设计,就所优化的结构尺寸进行疲劳性能测试.研究结果表明:该结构能大幅减少桥面板结构中的几何构型不连续部位数量和焊缝数量,显著提高顶板局部刚度;波形钢板高度、顶部和底部水平段宽度是结构受力性能的重要影响参数;基于BP神经网络的优化设计模型适用于该类桥面板结构的优化设计,最大误差为4.4%;新的结构体系具有良好的疲劳性能,疲劳寿命超过200 a,为正交异性钢桥面板的疲劳问题提供了较好的综合解决方案. 展开更多
关键词 正交异性钢桥面板 波形顶板-UHPC组合桥面板 优化设计模型 BP神经网络 疲劳性能
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千米级混合梁斜拉桥双目标控制施工监控体系 预览
16
作者 谢明志 杨永清 +3 位作者 赵灿晖 张克跃 王学伟 《西南交通大学学报》 CSCD 北大核心 2018年第2期244-252,321共10页
为确保千米级混合梁斜拉桥施工监控的高效性、高精度以及安全性,以鄂东大桥为背景,通过理论分析、有限元数值计算,在充分考虑结构非线性效应,并结合现场实际及工程面临问题的基础上,开展了特大跨度混合梁斜拉桥施工监控理念、监控方法... 为确保千米级混合梁斜拉桥施工监控的高效性、高精度以及安全性,以鄂东大桥为背景,通过理论分析、有限元数值计算,在充分考虑结构非线性效应,并结合现场实际及工程面临问题的基础上,开展了特大跨度混合梁斜拉桥施工监控理念、监控方法及监控内容研究,构建了适用于该复杂结构的监控体系.首先,根据千米级混合梁斜拉桥施工控制特点及面临的问题和挑战,基于几何控制理论,构建了双目标监控体系;其次,根据双目标控制系统关键问题,重点针对初始无应力状态量的确定、关键构件计算分析、制造浇筑及安装控制、施工期安全稳定等问题进行深入研究,得到了其计算分析及安装控制方法;最后,利用建立的监控体系,对鄂东桥进行了全过程控制.研究结果表明:采用的监控系统,制造阶段误差梁顶最大为16 mm,轴线误差2.7 mm,累计梁长误差10.8 mm;非线性稳定安全系数最小2.5,满足要求;边跨混凝土线形最大误差11 mm,中跨钢箱梁最大误差157 mm;塔偏相对误差为L/12 434,混凝土梁单根拉索索力最大误差为4.50%,钢梁索力最大为6.30%,全桥应力合理,监控各项指标均满足规范要求. 展开更多
关键词 桥梁工程 混合梁斜拉桥 几何控制 双目标控制 特大跨度
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钢桥面板U肋与顶板双面焊连接疲劳性能研究 预览 被引量:1
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作者 罗鹏军 张清华 +2 位作者 龚代勋 叶仲韬 《桥梁建设》 CSCD 北大核心 2018年第2期19-24,共6页
为确定钢桥面板U肋与顶板双面焊连接相比单面焊连接疲劳性能的改善效果,以某实桥正交异性钢桥面板节段为对象,采用ANSYS软件建立有限元模型,计算不同工况下各疲劳易损部位的切口应力幅,并分析双面焊连接疲劳性能的影响因素。结果表明:U... 为确定钢桥面板U肋与顶板双面焊连接相比单面焊连接疲劳性能的改善效果,以某实桥正交异性钢桥面板节段为对象,采用ANSYS软件建立有限元模型,计算不同工况下各疲劳易损部位的切口应力幅,并分析双面焊连接疲劳性能的影响因素。结果表明:U肋与顶板双面焊连接的最大切口应力幅比单面焊时减小19.1%,能有效提高U肋与顶板连接焊缝的疲劳性能;U肋与顶板单面焊连接的最不利疲劳易损部位为焊根,而双面焊连接的最不利疲劳易损部位变为外侧焊趾;焊缝未炫透间隙长度和高度对U肋与顶板双面焊连接疲劳性能的影响较小;增大焊缝和顶板夹角可显著降低双面焊连接的最大切口应力幅,提高U肋与顶板双面焊连接的疲劳性能。 展开更多
关键词 正交异性钢桥面板 U肋 顶板 双面焊 疲劳性能 切口应力幅 有限元法
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钢箱梁面板与U肋焊接残余应力的分布特性 预览
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作者 崔闯 +1 位作者 李俊 张清华 《西南交通大学学报》 CSCD 北大核心 2018年第2期260-265,共6页
为研究残余应力场对钢箱梁疲劳性能影响效应,以港珠澳大桥正交异性钢桥面板为例,采用数值模拟的方法,研究了正交异性钢桥面板焊接全过程及残余应力分布特性,分析了板件参数对残余应力的影响效应,得到钢箱梁确定正交异性钢桥面板焊接残... 为研究残余应力场对钢箱梁疲劳性能影响效应,以港珠澳大桥正交异性钢桥面板为例,采用数值模拟的方法,研究了正交异性钢桥面板焊接全过程及残余应力分布特性,分析了板件参数对残余应力的影响效应,得到钢箱梁确定正交异性钢桥面板焊接残余应力分布的经验公式.研究结果表明:采用ANSYS热-结构弱耦合数值模拟方法可反映实际焊接过程中残余应力场的分布;焊缝区域残余应力峰值受板件参数影响较小,横向最大残余应力约为300 MPa;沿板厚方向焊接残余应力符合正弦分布,表明采用正弦函数作为其经验分布模型是可行的. 展开更多
关键词 正交异性钢桥面板 焊接残余应力 疲劳性能 数值模拟 分布模型
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基于Kriging方法的正交异性钢桥面板大焊脚焊缝抗疲劳构造参数设计
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作者 金正凯 +1 位作者 李俊 张清华 《中外公路》 北大核心 2017年第6期166-170,共5页
正交异性钢桥面板以其轻质高强、承载能力大、适用范围广的优点,在桥梁工程中得到广泛应用。但其疲劳问题是制约其进一步广泛应用的重要因素,尤其在U肋与顶板焊接位置易发生疲劳开裂。对此使用正交异性钢桥面板U肋顶板焊缝的新形式——... 正交异性钢桥面板以其轻质高强、承载能力大、适用范围广的优点,在桥梁工程中得到广泛应用。但其疲劳问题是制约其进一步广泛应用的重要因素,尤其在U肋与顶板焊接位置易发生疲劳开裂。对此使用正交异性钢桥面板U肋顶板焊缝的新形式——大焊脚焊缝,即增大焊缝尺寸,以改善该部位疲劳性能。采用多参数优化方法设计大焊脚焊缝截面,针对各关键性影响参数,采用均匀设计方法抽取样本,确定各样本对应的各参数取值;在此基础上建立参数化有限元仿真分析模型,采用Kriging方法分别建立各疲劳细节处样本与响应值间的近似模型,进行多参数抗疲劳优化设计。结果表明:以Kriging方法为基础进行多参数优化设计,所建立的优化模型计算结果与有限元理论结果能较好地吻合,优化效率高,优化结果较为理想。 展开更多
关键词 正交异性钢桥面板 大焊脚焊缝 疲劳性能 KRIGING方法 多参数优化设计
大纵肋正交异性组合桥面板疲劳性能研究 被引量:2
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作者 张清华 刘益铭 +1 位作者 李乔 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期226-235,共10页
在大纵肋正交异性钢桥面板结构中引入混凝土结构层,通过栓钉将钢桥面板与混凝土结构层组成新型大纵肋正交异性组合桥面板,是从结构体系层面提高大纵肋正交异性钢桥面板疲劳性能的有效途径。基于有限元数值分析,明确了大纵肋正交异性组... 在大纵肋正交异性钢桥面板结构中引入混凝土结构层,通过栓钉将钢桥面板与混凝土结构层组成新型大纵肋正交异性组合桥面板,是从结构体系层面提高大纵肋正交异性钢桥面板疲劳性能的有效途径。基于有限元数值分析,明确了大纵肋正交异性组合桥面体系对于钢桥面板典型疲劳易损细节的应力幅改善效果;采用足尺节段模型试验对结构的关键疲劳易损细节进行了疲劳试验研究,验证了关键疲劳易损细节在设计寿命期内的抗疲劳安全性和混凝土结构层在疲劳荷载作用下的耐久性,在此基础上对关键疲劳易损细节的疲劳损伤演化及结构体系的疲劳破坏模式进行了试验与理论研究。研究结果表明:大纵肋正交异性组合桥面板结构体系能够显著降低U肋与顶板以及U肋与横隔板连接细节的应力幅,横隔板开孔部位是控制钢桥面板疲劳性能的关键构造细节;设计寿命期内钢桥面板疲劳性能与混凝土结构层的疲劳耐久性均满足要求,且具有一定的安全储备;混凝土结构层负弯矩区疲劳开裂对钢桥面板各疲劳易损细节疲劳性能的影响不显著;大纵肋正交异性组合桥面板的疲劳破坏模式表现出典型的两阶段特征,栓钉发生疲劳断裂并导致组合效应局部劣化,进而加速钢桥面板关键疲劳易损细节的疲劳损伤累积速度并最终发生疲劳开裂。 展开更多
关键词 桥梁工程 疲劳性能 试验研究 组合桥面板 正交异性钢桥面板 大纵肋
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