U肋结构疲劳性能研究
发布时间：2021-12-30 10:22
正交异性板U肋结构具有自重轻、承载能力大、建造周期短、安装方便等优点,被广泛应用于大中跨度的桥梁中。然而,正交异性板U肋结构疲劳问题较为突出,其中顶板与纵肋连接焊缝是典型疲劳开裂位置之一,且该处裂纹维修检测困难,严重影响结构的安全。针对顶板与纵肋连接细节开展研究,改善结构疲劳性能,是推动U肋结构应用发展的有效途径之一。本文以U肋结构为研究对象,采用疲劳试验与数值分析相结合的方法,从连接细节局部应力集中与疲劳裂纹扩展行为两方面系统研究不同形式U肋连接疲劳性能,本文主要研究内容如下:（1）基于对U肋结构发展现状的研究,对采用U肋内焊技术和单面焊双面成形工艺的两种新型U肋接头与采用单面焊的常规U肋接头进行疲劳试验,采用单面焊双面成形工艺的U肋接头在试验中表现出优良的疲劳性能;（2）建立了顶板与U肋接头三维实体有限元模型,在试件实际开裂位置处引入虚拟缺口应力圆,重点分析焊缝熔透率、单面和双面连接形式、焊缝过渡形式等对焊趾或焊根有效缺口应力的影响,结果表明对于实现双面连接的接头,提升熔透率对改善接头疲劳性能作用不大,可改变焊缝过渡形式,进一步提高疲劳性能;（3）提出一种基于扩展有限元法（X-FE...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
U肋焊缝典型开裂位置
2正交异性板加劲肋按照其开口形式又可分为开口式纵肋和闭口式纵肋，闭口式纵肋多采用U型加劲肋。闭口肋相比于开口肋，可以提供更大的扭转刚度，从而改善局部轮载作用下的桥面板的横向应力分布，同时，使用闭口肋，纵肋单跨的跨度可达到2.4m以上，与横隔板交叉节点减少，因此U肋结构在各种中等跨度和大跨度桥梁中得到迅速应用。U肋结构具有优良的力学和经济特性，对该结构进行研究并应用于船舶与海洋工程结构对船舶与海洋工程结构发展具有重要意义。1.1.2U肋面板连接细节疲劳问题自1971年，英国Seven桥中首次发现正交异性钢桥疲劳裂纹以来，在世界范围内，相继报道了大量正交异型板结构疲劳开裂案例，其中U肋与面板连接细节是正交异性板结构疲劳开裂典型位置之一。2007年日本钢结构委员会对日本阪神高速和首都高速两座正交异性钢桥进行检查，结果表明U肋与面板焊缝处裂纹占总裂纹数的9.7%。U肋与面板处在轮载作用下主要承受面外弯曲应力作用，其主要裂纹形式如图1.1所示。对于萌生于焊根和焊喉处的裂纹一般难以发现和维修，当发现该处裂纹时，往往结构承载力已经严重降低，同时桥面板出现的穿透裂纹还会导致雨水进入U肋内部，如图1.2所示，造成钢板的锈蚀，降低钢桥使用寿命。此外，对于出现在U肋和面板连接位置的焊缝，维修时需要禁止行车，造成维修成本大大提高。图1.1U肋焊缝典型开裂位置图1.2桥面板开裂U肋面板连接细节疲劳危害已成为正交异性板结构疲劳危害中最严重的，该位置缺陷目前尚未找到有效可靠的修复方法，且至今也未报道有效控制U肋焊接疲劳裂纹的施工方法。此处产生裂纹的主要原因是U肋内腔狭小，且每根长度达到8m以上，严重限制焊接作业。施工时通常仅在U肋外侧进行施焊，未
焊趾处局部应力分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢桥面板U肋与顶板双面焊连接疲劳性能研究[J]. 罗鹏军,张清华,龚代勋,卜一之,叶仲韬. 桥梁建设. 2018(02)
[2]基于Franc3D软件的三维裂纹扩展分析与应用[J]. 艾书民,于明,成晓鸣,王建方. 机械强度. 2018(01)
[3]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[J]. 张清华,金正凯,刘益铭,卜一之. 中国公路学报. 2018(01)
[4]我国正交异性钢桥面板U肋焊接创新之路[J]. 张华,范泽平,王磊. 金属加工(热加工). 2017(16)
[5]正交异性钢桥面板疲劳问题的研究进展[J]. 张清华,卜一之,李乔. 中国公路学报. 2017(03)
[6]正交异性钢桥面板三维疲劳裂纹扩展数值模拟方法[J]. 刘益铭,张清华,崔闯,卜一之. 中国公路学报. 2016(07)
[7]基于缺口应力法的焊接接头疲劳分析[J]. 刘旭,张开林,姚远,王晓鹏. 工程力学. 2016(06)
[8]正交异性钢桥面板顶板与纵肋疲劳性能研究[J]. 吴伟胜,曹志,柴瑞,闰禹,张梁. 公路. 2014(10)
[9]正交异性钢桥面板疲劳裂纹成因分析及控制[J]. 张允士,李法雄,熊锋,周旭东,李卫. 公路交通科技. 2013(08)
[10]正交异性钢桥面板纵肋腹板与面板连接构造的疲劳试验研究[J]. 赵欣欣,刘晓光,潘永杰,张玉玲. 中国铁道科学. 2013(02)
硕士论文
[1]钢桥面板纵肋与顶板新型双面焊构造细节疲劳性能研究[D]. 龚代勋.西南交通大学 2018
[2]正交异性钢桥面板构造参数优化设计及纵肋与面板连接疲劳性能研究[D]. 田康.中国铁道科学研究院 2017
[3]正交异性钢桥面板顶板与纵肋连接焊缝疲劳裂纹数值模拟方法[D]. 金正凯.西南交通大学 2017
[4]新型镦边U肋正交异性钢桥面板疲劳性能研究[D]. 黄懋科.西南交通大学 2017
[5]基于热点应力法的正交异性桥面板的疲劳性能研究[D]. 胡鹏.东南大学 2015
[6]基于断裂力学的正交异性钢桥面板与纵肋焊接细节疲劳寿命评估[D]. 姜苏.西南交通大学 2014
[7]基于3D断裂力学的正交异性钢桥肋—桥面焊缝的疲劳寿命评估[D]. 张高楠.天津大学 2014
[8]正交异性钢桥面板疲劳裂纹扩展过程数值模拟及其修复方法研究[D]. 郭耀华.天津大学 2014
[9]正交异性桥面板纵肋—盖板接头疲劳性能研究[D]. 迟啸起.北京工业大学 2012
本文编号：3558006
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
U肋焊缝典型开裂位置
2正交异性板加劲肋按照其开口形式又可分为开口式纵肋和闭口式纵肋，闭口式纵肋多采用U型加劲肋。闭口肋相比于开口肋，可以提供更大的扭转刚度，从而改善局部轮载作用下的桥面板的横向应力分布，同时，使用闭口肋，纵肋单跨的跨度可达到2.4m以上，与横隔板交叉节点减少，因此U肋结构在各种中等跨度和大跨度桥梁中得到迅速应用。U肋结构具有优良的力学和经济特性，对该结构进行研究并应用于船舶与海洋工程结构对船舶与海洋工程结构发展具有重要意义。1.1.2U肋面板连接细节疲劳问题自1971年，英国Seven桥中首次发现正交异性钢桥疲劳裂纹以来，在世界范围内，相继报道了大量正交异型板结构疲劳开裂案例，其中U肋与面板连接细节是正交异性板结构疲劳开裂典型位置之一。2007年日本钢结构委员会对日本阪神高速和首都高速两座正交异性钢桥进行检查，结果表明U肋与面板焊缝处裂纹占总裂纹数的9.7%。U肋与面板处在轮载作用下主要承受面外弯曲应力作用，其主要裂纹形式如图1.1所示。对于萌生于焊根和焊喉处的裂纹一般难以发现和维修，当发现该处裂纹时，往往结构承载力已经严重降低，同时桥面板出现的穿透裂纹还会导致雨水进入U肋内部，如图1.2所示，造成钢板的锈蚀，降低钢桥使用寿命。此外，对于出现在U肋和面板连接位置的焊缝，维修时需要禁止行车，造成维修成本大大提高。图1.1U肋焊缝典型开裂位置图1.2桥面板开裂U肋面板连接细节疲劳危害已成为正交异性板结构疲劳危害中最严重的，该位置缺陷目前尚未找到有效可靠的修复方法，且至今也未报道有效控制U肋焊接疲劳裂纹的施工方法。此处产生裂纹的主要原因是U肋内腔狭小，且每根长度达到8m以上，严重限制焊接作业。施工时通常仅在U肋外侧进行施焊，未
焊趾处局部应力分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢桥面板U肋与顶板双面焊连接疲劳性能研究[J]. 罗鹏军,张清华,龚代勋,卜一之,叶仲韬. 桥梁建设. 2018(02)
[2]基于Franc3D软件的三维裂纹扩展分析与应用[J]. 艾书民,于明,成晓鸣,王建方. 机械强度. 2018(01)
[3]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[J]. 张清华,金正凯,刘益铭,卜一之. 中国公路学报. 2018(01)
[4]我国正交异性钢桥面板U肋焊接创新之路[J]. 张华,范泽平,王磊. 金属加工(热加工). 2017(16)
[5]正交异性钢桥面板疲劳问题的研究进展[J]. 张清华,卜一之,李乔. 中国公路学报. 2017(03)
[6]正交异性钢桥面板三维疲劳裂纹扩展数值模拟方法[J]. 刘益铭,张清华,崔闯,卜一之. 中国公路学报. 2016(07)
[7]基于缺口应力法的焊接接头疲劳分析[J]. 刘旭,张开林,姚远,王晓鹏. 工程力学. 2016(06)
[8]正交异性钢桥面板顶板与纵肋疲劳性能研究[J]. 吴伟胜,曹志,柴瑞,闰禹,张梁. 公路. 2014(10)
[9]正交异性钢桥面板疲劳裂纹成因分析及控制[J]. 张允士,李法雄,熊锋,周旭东,李卫. 公路交通科技. 2013(08)
[10]正交异性钢桥面板纵肋腹板与面板连接构造的疲劳试验研究[J]. 赵欣欣,刘晓光,潘永杰,张玉玲. 中国铁道科学. 2013(02)
硕士论文
[1]钢桥面板纵肋与顶板新型双面焊构造细节疲劳性能研究[D]. 龚代勋.西南交通大学 2018
[2]正交异性钢桥面板构造参数优化设计及纵肋与面板连接疲劳性能研究[D]. 田康.中国铁道科学研究院 2017
[3]正交异性钢桥面板顶板与纵肋连接焊缝疲劳裂纹数值模拟方法[D]. 金正凯.西南交通大学 2017
[4]新型镦边U肋正交异性钢桥面板疲劳性能研究[D]. 黄懋科.西南交通大学 2017
[5]基于热点应力法的正交异性桥面板的疲劳性能研究[D]. 胡鹏.东南大学 2015
[6]基于断裂力学的正交异性钢桥面板与纵肋焊接细节疲劳寿命评估[D]. 姜苏.西南交通大学 2014
[7]基于3D断裂力学的正交异性钢桥肋—桥面焊缝的疲劳寿命评估[D]. 张高楠.天津大学 2014
[8]正交异性钢桥面板疲劳裂纹扩展过程数值模拟及其修复方法研究[D]. 郭耀华.天津大学 2014
[9]正交异性桥面板纵肋—盖板接头疲劳性能研究[D]. 迟啸起.北京工业大学 2012
本文编号：3558006
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