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ERS铺装对钢桥面板疲劳应力影响的测试与分析

发布时间:2019-12-04 13:54
【摘要】:为研究树脂沥青组合体系(ERS)铺装对钢桥面板疲劳应力的影响,开展钢箱梁桥面板现场试验研究。采用总重200 k N的两轴卡车加载,铺装前后分别进行了390个静力工况测试,获取了铺装前后的钢桥面板典型细节应力响应面与响应线。基于现场测试数据建立钢桥面板有限元模型,研究了气温和铺装厚度变化对典型细节疲劳应力的影响。运营期间对钢桥面板进行长期动应变监测,分别选取不同季节连续24 h内实测应力谱进行应力幅分析与疲劳损伤评估。结果表明:ERS铺装使得钢桥面板疲劳应力水平降低7.1%~46.5%,对纵肋与顶板连接细节影响最大;气温和铺装厚度的变化对不同细节疲劳应力的影响差异显著;相同车流作用下冬季实测峰值应力幅约为夏季的50%,秋季峰值应力幅约为夏季的70%;夏季产生的疲劳损伤是秋季的2.5倍,是冬季的15倍以上,建议钢桥面板疲劳验算或评估时充分考虑桥面铺装温度和厚度的影响。
【图文】:

加载,横隔板,细节,纵肋


堇?拼接细节;MS2为横隔板跨中截面,测试目标为纵肋与顶板连接细节;MS3为横隔板截面,测试目标分别为横隔板挖孔细节、纵肋与横隔板连接细节。各细节测点布置见图2(b)~2(d)。图2静力加载测试方案(单位:mm)Fig.2Staticloadingtestscheme(unit:mm)现场测试加载车辆选取轴距7.0m两轴重载货车,轴距大于两倍横隔板间距,因此可以忽略前后轴的影响。车辆总重200kN,其中前轴50kN、后轴150kN,采用双轮胎轴(后轴)进行加载,单侧轮胎着地面积为200mm×600mm。数据采集系统选用日本TDS-602静态采集系统,加载测试现场见图3。1.3ERS铺装前后疲劳应力分析钢桥面板的疲劳敏感细节主要包括顶板与纵肋图3现场加载测试Fig.3In-situloadingtest连接细节(J1)、纵肋与横隔板连接细节(J2)、横隔板挖孔细节(J3)和纵肋拼接细节(J4)等[9-10]。采用响应面和响应线对各细节受力行为进行分析,铺装前后各细节的应力响应见图4。顶板与纵肋连接细节以受压为主,当轮载作用于细节正上方时,顶板压应力最大,见图4(a)。铺装前应力峰值为-78.5MPa,铺装后降至-42.0MPa,下降幅度为46.5%。顶板应力纵向响应线长度为3.0m(1倍横隔板间距),但在峰值点附近1.0m范围内变化剧烈,在运营过程中一辆车经过时可能会产生多个应力循环。横隔板挖孔细节以受压为主,轮载作用于细节正上方时应力最大,见图4(b)。铺装前横隔板挖孔边缘应力峰值为-58.0MPa,铺装后降至-47.7MPa,下降幅度为17.8%。纵肋与横隔板连接细节以承受拉应力为主,当轮载作用于距横隔板1.5m(横隔板跨中位置)时,应力达到峰值,轮载作用于横隔板正上方时拉应力最小,见图4(c)。当轮载分别作用在横隔板两侧时,受横隔板面外变形影响,峰值应力分别为28.2,21.4MPa,铺装后对应

钢桥面板,有限元模型


第2期翟慕赛,等:ERS铺装对钢桥面板疲劳应力影响的测试与分析图4铺装前后细节实测应力Fig.4Measuringstressofdetailsbeforeandafterpaving的粘结滑移,实体单元与壳单元采用接触单元CONTA173和目标单元TARGE170进行接触连接。约束横隔板底部3个方向的平动自由度和3个方向的转动自由度,约束顶板四周3个方向的平动自由度。为了与现场加载测试保持一致,荷载采用单轴加载,轴重15t,加载面积为2×200mm×600mm。图5钢桥面板有限元模型Fig.5Finiteelementmodelofsteelbridgedeck采用铺装后现场加载测试结果对有限元计算结果进行误差分析,现场加载测试时大气温度约为20℃,误差分析结果如表1所示。顶板与纵肋连接细节(J1)、纵肋与横隔板连接细节(J2)有限元计算值略小于实测值,其他两个细节大于实测值,各细节误差均小于±10%。因此,可以采用有限元模型分析ERS铺装层对钢桥面板疲劳应力的影响。表1有限元计算结果误差分析Tab.1ErroranalysisofresultscalculatingbyFE细节疲劳应力/MPa加载测试有限元计算误差/%J1-42.0-40.2-4.3J2-47.7-44.6-6.5J326.227.86.1J427.829.45.82.2不同气温下铺装对疲劳应力的影响沥青混合料在不同温度下弹性模量差异很大,变化范围一般为500~20000MPa。参考近年来钢桥面板铺装温度研究成果[11-12],铺装层温度分布规律见表2。采用铺装层厚度方向平均温度作为计算温度,分别计算大气温度-10,0,10,20,30,40℃下钢桥面板的疲劳应力。铺装下层RA05采用江苏省71

【参考文献】

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【共引文献】

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本文编号:2569640

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