钢桥面板疲劳剩余寿命评估方法探讨

现代钢桥考试-长安大学

1简述国内外钢桥发展的现状及特点? 答：现在钢桥采用的主要技术有:（１)高强度低合金钢、预应力钢筋、高标号混凝土、 聚合物等新材料的应用; (2)桥梁上部结构采用正交异性刚桥面板和钢与混凝土的组合结构，箱型梁、高次超静定结构（多为连续梁、斜腿钢架、斜拉桥、各种组合体系等)； (３)结构设计方面可以针对不同情况，按需要进行非线性（材料非线性、集合非线性）分析、空间 分析、动力分析、可靠性分析; （４)施工工艺方面用钻孔桩机械（土层及岩层）、大直径桩、双臂钢围堰、自升式平台等修建深水基础，用焊接、高强度螺栓、预应力等方式进行连;用悬臂施工(混凝土灌注及各种预制件的拼装）及整体架设等方法减低造价并压缩工期.2?、简述钢桥设计计算的基本方法和主要计算内容??答：国内外钢桥设计主要采用 容许应力法和半概率极限状态设计法。（1)容许应力法,以弹性设计理论为基础，但该方法不能充分反映不同荷载的统计特性，较大程度的依赖经验,它将逐步被一概率统计和可靠度理论为基础的概率极限设计法所取代。(２)办概率极限设计法，根据不同荷载和材料与构 件的统计特性采用分项安全系数表示。 3、简述钢桥的主要材料的种类、表示方法和主要特点？ 答:钢桥的主要材料有结构钢、高强钢丝、高强螺栓、优质钢、锻钢、铸钢、焊条和焊丝等材料;表示方法是：(１)钢板,表示方法为”PL-宽*厚*长”，(2）型钢:（ａ)角钢，表示方法为L肢宽*肢厚*长度和L长肢宽*短肢宽*肢厚*长度，(b)工字钢，普通工字钢为Ｉ号数(界面高度ｃm和腹板厚度ａ、ｂ、c），轻型工字钢OI号数(界面高度cｍ和腹板厚度a、b、c），（c)普通槽钢,[号数(界面高度cm和腹板厚度ａ、ｂ、c),轻型槽钢，Q[号数(界面高 度cｍ和腹板厚度a、b、c） ４、简述焊接残余应力与残余变形的主要特点和对钢桥的影响? 答：钢材焊接时，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，使得钢材内部产生焊接应力，焊接应力较高的部位将达到钢材屈服强度而发生塑性变形，因而钢材冷却后将有残存与焊 件内的应力，为焊接残余应力。在焊接和冷却过程中由于焊件受热和冷却都不均匀除产 生内应力外，还产生变形，这种变形成为焊接残余变形。焊接残余变形影响结构的尺寸精 度和外观,导致构件的初弯曲、初扭曲、初偏心等,。使受力时产生附加的弯矩、扭矩和变形,从而减低其强度和稳定的承载力。5?、简述减少焊接残余应力和残余变形的方法? 答：(1)、设计措施（a)尽量减少焊缝的数量和尺寸（ｂ）避免焊缝过分集中或多方向焊缝相交与一点（c)焊缝尽可能堆成布置，连接过渡尽量平滑，避免应力突变和应力集中(d)搭接长度不小于最小值(e)合理选择施焊位置,(2）焊接工艺措施（a)采用适当的焊接顺序和方向(ｂ）先焊收缩量较大的焊缝,后焊收缩量小的焊缝，先焊错开的短焊缝，后焊直通的 长焊缝(ｃ)先焊使用时受力较大的焊缝，后焊受力较次要的焊缝（d）预变形（ｅ)预热、 后热(f)高温回火(g)用头部带小圆弧的小锤轻击焊缝，是焊缝得到延展,减低焊机残余应力。 6、简述钢桥桥面的结构形式和特点？ 答:结构形式为公路钢桥桥面和铁路钢桥桥面；按照承重结构的主要材料可分为钢桥面、混凝土桥面和木桥面－-－－该答案不甚准确，自己斟酌7?、简述桥面系梁格的组成和连 接形式？?答：组成由横梁和纵梁,形式(１）横梁直接支承于主梁上-上承式（2)横梁位于主梁中间（3)横梁设置于主梁下端-下承式（4）横梁有吊杆直接悬吊与主梁之下-下承式

midas fea_钢桥疲劳分析

midas FEA Training Series 钢桥的疲劳分析 一. 概要 1. 分析概要 钢桥的疲劳裂纹一般是由焊接缺陷、结构的几何形状引起的应力集中、结构的应力变动幅度以及重复加载等原因引起的。重复加载会引起疲劳裂纹发展，严重时会引起结构破坏，因此对抗疲劳较弱的部位应进行分析确定其抗疲劳能力。 本例题中钢桥采用焊接和螺栓连接，分析采用S-N 曲线方法即应力－寿命方法确定结构的疲劳寿命和损伤度。 2. 分析步骤 疲劳分析的步骤如下： 1) 首先做结构静力分析确定最大和最小应力的绝对值或者计算von Mises 应力，从而获得应力幅。 2) 当作用应力为变幅时，使用可将各应力幅组成起来的雨流计数法(Rain flow counting)和S-N 曲线计算。 3) 考虑平均应力的影响确定疲劳寿命和损伤度。 ? 建模 → 线性静力分析 → 应力疲劳分析 → 确认分析结果 3. 疲劳分析的注意事项 分析类型应为线性分析，且只对使用各向同性弹性材料模型的结构做疲劳分析。线性分析后，使用得到的应力再做疲劳分析。 二. 疲劳分析的理论背景 1. 疲劳分析 疲劳是指在小于构件的屈服强度的荷载反复作用下构件发生破坏的现象。疲劳分析的方法有应力-寿命法、应变-寿命法。应力寿命法具有计算简单和 分析速度快的特点。midas FEA 中利用S-N 曲线使用应力寿命法进行疲劳分析。 2. S-N 曲线 S-N 曲线是等幅反复荷载作用下的应力幅(stress amplitude, S)与构件到达破坏时的循环次数(cycle to failure, N)的关系曲线。 在静力分析结果中取最大绝对应力(maximum absolute stress)和最小绝对应力(minimum absolute stress)或范梅塞斯应力(von Mises stress)计算应力幅(stress amplitude)，然后使用S-N 曲线就可以知道发生疲劳破坏时的疲劳寿命和循环次数。 当没有输入材料的S-N 曲线时，一般使用如上图所示的S-N 曲线。上面的S-N 曲线是连接90%最大应力幅(S u )重复1000次的点与疲劳极限应力幅 (S e =0.5S u )重复1,000,000次的点的曲线。 midas FEA 中使用Miner 准则的S-N 曲线，即认为小于疲劳极限应力幅的反复应力对疲劳寿命没有影响。 3. 考虑平均应力的影响 即便作用在结构上的应力幅(σa )相同，但是平均应力(σm )不相同时，结构的疲劳寿命也会不一样。平均应力越大，最大应力和疲劳极限应力就越小。为了考虑平均应力的这种影响，Goodman 和Gerber 分别建议采用下面公式。 4. 雨流计数法(Rain flow Counting) S-N 曲线是等幅(constant amplitude)应力作用下发生疲劳破坏时的反复作用次数的曲线。实际发生的应力一般具有变幅(variable amplitude)特性。 为了计算变幅应力作用下的疲劳损伤，需要将变幅应力转换为多个等幅应力的组合。midas FEA 为了统计循环次数使用了雨流计数法。 建 模 线性静力分析 疲劳分析 确认分析结果 2 1a m e u S S σσ??+= ??? 1 a m e u S S σσ+ =Goodman (England, 1899) Gerber (Germany, 1874) u S e S Compressive mean stress σm σa Goodman Gerber

非线性分析作业讲义

学院：材料科学与工程学院专业：材料工程 姓名：飞学号：1125 作业： 找出几个所在专业研究领域的重要而且有研究价值的非线性问题及其模型，要求写出相应的模型方程及其所涉及的变量参数涵义，并列举出研究该模型的主要研究现状。（不少于3种） 举例1：材料力学领域的非线性问题 非线性本构和非线性本构复合材料 1.1 研究非线性本构模型的意义 从力学的角度来看，C/SiC复合材料属于准脆性的各向异性材料。以碳纤维、热解碳界面和SiC基体三种典型组分构成的C/SiC复合材料为例，相对于脆性的单质陶瓷，该材料具有较好的韧性。主要原因是在机械载荷作用下，材料内部存在如前所述的基体开裂、界面脱粘和滑移、纤维断裂和拔出等多种能量耗散机制。虽然这些细观损伤模式有别于金属的屈服机理，但是材料表现出类似的弹塑性-损伤力学行为。图1-1为C/SiC复合材料在沿轴向拉伸加卸载条件下的典型应力-应变曲线，从图中可看出：材料的线弹性极限较低，通常为20MPa左右；当应力水平超过弹性极限之后，材料的弹性模量（E0）开始减小，同时产生类似于不可回复的残余应变，卸载-重加载过程中应力-应变曲线形成迟滞环，且迟滞环的宽度随卸载点应力的增大而不断增大。该材料的剪切应力-应变关系也有类似的特征。由此易知，在对C/SiC复合材料的应力-应变关系进行分析描述时，传统的线弹性本构模型已经不再胜任；而如果仅在线弹性范围内使用该材料，则不能充分发挥出材料的力学性能，安全裕度过大，与航空航天器追求减重的目标不符。因此需要充分了解该材料的非线性力学行为，特别是其内部的损伤机理与特性，并为其建立合适的非线性本构模型。

图1-1 C/SiC复合材料的典型拉伸加/卸载应力-应变曲线 建立非线性本构模型的一个重要作用是辅助C/SiC复合材料的结构优化设计。如前所述，目前C/SiC复合材料已经开始逐步在航空航天器结构上使用，轻质、可重复使用等特性有助于提高飞行器的性能，并降低寿命周期内的使用和维护成本，但是这类材料仍然存在造价高的缺点。例如，德国DLR为X-38 V201飞行器提供的全C/SiC复合材料襟翼的尺寸约为1.4m×1.6m，重68公斤，造价高达2千万美元。这是由材料制备工艺的特点决定的。以较为成熟的等温CVI 工艺为例，该工艺具有能够制备出高纯度的基体、可用于一定厚度构件的近尺寸成型等诸多优点，但是为防止沉积的基体太快地封堵预制体孔隙通道，需要在相对缓慢的沉积速率下进行，因此材料的制备周期长，通常需要几周或数百小时的时间，而且化学反应过程中生成的HCl等副产物对设备有腐蚀作用，导致制备成本偏高，限制了材料的推广应用。因此，为C/SiC复合材料建立合适的本构模型，在结构设计阶段将本构模型与商业有限元软件结合，准确计算和结构在不同受载条件下的应力状态并预测其承载能力，有助于结构的优化设计，同时省去或减少大量的试件制备和测试过程，从而降低热结构的研发成本。国内已经对C/SiC 的损伤机理和本构模型开展了一些研究工作。潘文革等人对二维和三维编织C/SiC复合材料在单轴拉伸载荷下的损伤演化进行了试验研究，通过分析声发射事件数和相对能量等参数，发现两种材料的拉伸损伤过程大致分为初始损伤阶段、过渡阶段、损伤加速和快速断裂阶段；杨成鹏等人对二维编织C/SiC复合材料单轴拉伸非线性力学行为进行了试验研究，通过循环加卸载试验方法，获得了材料的残余应变和卸载模量随拉伸应力的变化关系，并建立了基于剪滞理论的细观损伤力学模型；陶永强等人将二维编织结构简化成正交铺层和纤维束波动部分的组合，采用了Curtin和Ahn提出的基体随机开裂、纤维随机断裂的统计分布理论以及体积平均方法，预测了二维编织C/SiC复合材料的应力-应变关系。此

现代钢桥考试-长安大学学习资料

1简述国内外钢桥发展的现状及特点？ 答：现在钢桥采用的主要技术有：（1）高强度低合金钢、预应力钢筋、高标号混凝土、聚合物等新材料的应用; (2)桥梁上部结构采用正交异性刚桥面板和钢与混凝土的组合结构，箱型梁、高次超静定结构（多为连续梁、斜腿钢架、斜拉桥、各种组合体系等）；（3） 结构设计方面可以针对不同情况，按需要进行非线性（材料非线性、集合非线性）分析、 空间分析、动力分析、可靠性分析；（4）施工工艺方面用钻孔桩机械（土层及岩层）、 大直径桩、双臂钢围堰、自升式平台等修建深水基础，用焊接、高强度螺栓、预应力等方 式进行连；用悬臂施工（混凝土灌注及各种预制件的拼装）及整体架设等方法减低造价并 压缩工期. 2、简述钢桥设计计算的基本方法和主要计算内容？ 答：国内外钢桥设计主要采用容许应力法和半概率极限状态设计法。（1）容许应力法，以弹性设计理论为基础，但该方法不能充分反映不同荷载的统计特性，较大程度的依赖经验，它将逐步被一概率统计和可靠度理论为基础的概率极限设计法所取代。（2）办概率极限设计法，根据不同荷载和材料与构件的统计特性采用分项安全系数表示。 3、简述钢桥的主要材料的种类、表示方法和主要特点？ 答：钢桥的主要材料有结构钢、高强钢丝、高强螺栓、优质钢、锻钢、铸钢、焊条和焊 丝等材料；表示方法是：（1）钢板，表示方法为”PL-宽*厚*长”，（2）型钢:(a)角钢，表 示方法为L肢宽*肢厚*长度和L长肢宽*短肢宽*肢厚*长度，（b)工字钢，普通工字钢为I 号数（界面高度cm和腹板厚度a、b、c），轻型工字钢OI号数（界面高度cm和腹板厚 度a、b、c），（c)普通槽钢,[号数（界面高度cm和腹板厚度a、b、c），轻型槽钢,Q[号数（界面高度cm和腹板厚度a、b、c） 4、简述焊接残余应力与残余变形的主要特点和对钢桥的影响？ 答：钢材焊接时，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，使得钢材内部产生焊接应力，焊接应力较高的部位将达到钢材屈服强度而发生塑性变形，因而钢材冷却后将有残存与焊 件内的应力，为焊接残余应力。在焊接和冷却过程中由于焊件受热和冷却都不均匀除产 生内应力外，还产生变形，这种变形成为焊接残余变形。焊接残余变形影响结构的尺寸精 度和外观，导致构件的初弯曲、初扭曲、初偏心等，。使受力时产生附加的弯矩、扭矩和 变形，从而减低其强度和稳定的承载力。 5、简述减少焊接残余应力和残余变形的方法？ 答：（1）、设计措施（a)尽量减少焊缝的数量和尺寸（b）避免焊缝过分集中或多方向 焊缝相交与一点（c）焊缝尽可能堆成布置，连接过渡尽量平滑，避免应力突变和应力集中（d）搭接长度不小于最小值（e）合理选择施焊位置，（2）焊接工艺措施（a)采用适当的焊接顺序和方向（b）先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量小的焊缝，先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝（c)先焊使用时受力较大的焊缝，后焊受力较次要的焊缝（d)预变形（e)预热、后热（f)高温回火（g)用头部带小圆弧的小锤轻击焊缝，是焊缝得到延展，减低焊 机残余应力。 6、简述钢桥桥面的结构形式和特点？ 答：结构形式为公路钢桥桥面和铁路钢桥桥面；按照承重结构的主要材料可分为钢桥面、

结构非线性分析汇总

结构非线性分析理论 1.结构设计方法 结构设计方法从传统的容许应力设计法发展到了基于概率统计的极限状态 设计法。传统的容许应力设计法是基于线弹性理论，依照经验选取一定的安全系 数，以构件危险截面某一点的计算应力不超过材料的容许应力为准则，目前在某 些领域仍在使用。安全系数，是一个单一的根据经验确定的数值，没有考虑不同 结构之间的差异，不能保证不同结构具有同等的安全水平。此外，容许应力设计 法以弹性理论计算内力，对那些发展塑性变形能提高承载力的构件或结构(如受 弯构件)，比那些发展塑性变形不能提高承载力的构件或结构(如轴心受力构件) 具有较大的安全储备。 概率极限状态设计法是采用数理统计方法按照一定概率确定荷载或材料的 代表值，并给出结构的功能函数，用结构失效概率或可靠指标度量结构的可靠性。 《建筑结构可靠度设计统一标准》将极限状态分为两类：(1)承载能力极限状态， 是指结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形；(2)正常使用 极限状态，是指结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。结构 按极限状态设计应符合下列要求： ()0,21≥n X X X g （1.1） 式((1.1)中g(X i )为结构功能函数，X i (i =1， 2……n)为基本变量，是指影响该 结构功能的各种作用、材料性能、几何参数等。 目前我国结构设计规范基本都是采用以概率理论为基础的极限状态设计方 法，用分项系数设计表达式进行计算。美国的钢结构设计采用了两种设计方法： ASD(Allowable Stress Design)和LRFD(Load and Resistance Factor Design)，即容许 应力设计法和分项系数设计法，McCormac 指出LRFD 相比ASD ，并不一定节省材 料，虽然在很多情况下可以取得这样的效果，而在不同荷载作用下能给结构提供 等同的可靠性，对于活载和恒载，ASD 采用的安全系数是一样的，而LRFD 对恒 载则采用了一个较小的荷载系数(恒载比活载能更准确的确定)，也就是说如果恒 载大于活载，LRFD 比ASD 节省材料。

钢桥腹板间隙面外变形疲劳应力分析

第27卷　第1期2010年3月 建筑科学与工程学报 Journal of Architecture and Civil Engineering Vol.27　No.1Mar.2010 文章编号:167322049(2010)0120065208 收稿日期:2010201210 基金项目:高等学校全国优秀博士学位论文作者专项资金项目(2007B49) 作者简介:王春生(19722),男,黑龙江绥化人,教授,工学博士,E 2mail :wcs2000wcs @https://www.360docs.net/doc/6c2148552.html, 。 钢桥腹板间隙面外变形疲劳应力分析 王春生,成　锋 (长安大学桥梁与隧道陕西省重点实验室,陕西西安　710064) 摘要:采用ANS YS 大型通用有限元软件对3跨连续钢板梁桥进行了三维数值模拟,研究了腹板间 隙面外变形所产生的应力状态,并对腹板间隙大小、腹板厚度、横撑类型、横撑刚度等关键结构参数进行了分析;根据某高速实际车辆动态称重实测结果,分析了超载车辆作用下腹板间隙处的面外变形应力。结果表明:腹板间隙大小和腹板厚度均对面外变形应力影响较大;车辆超载时,腹板间隙处极易萌生疲劳裂纹。 关键词:钢桥;腹板间隙;面外变形;疲劳应力;超载中图分类号:U441.4 文献标志码:A Out 2of 2plane Distortional F atigue Stress Analysis at Web G aps of Steel Bridges WAN G Chun 2sheng ,CH EN G Feng (Key Laboratory for Bridge and Tunnel of Shaanxi Province ,Chang πan University ,Xi πan 710064,Shaanxi ,China ) Abstract :Three 2dimensional numerical simulation of a t hree 2span continuous steel plate girder bridge was established to st udy t he complex st ress state caused by t he out 2of 2distortion in web 2gap using finite element software ANS YS.Meanwhile ,some key st ruct ural parameters ,such as web gap size ,web t hickness ,cross 2bracing type and cross f rame stiff ness were analyzed in t he numerical models.The measured web gap sizes and web t hickness types gave t he great affection on t he out 2of 2plane distortion fatigue st resses at web gap s.The result s show t hat t he influences of web gap s and cross frame on out 2of 2plane distortion are great.Fatigue cracking occurs easily at web gap s under overload. K ey w ords :steel bridge ;web gap ;out 2of 2plane distortion ;fatigue st ress ;overload 0引　言 如何确保钢桥的疲劳使用安全一直是桥梁工程 界关注的重要研究课题。国外早期建造的钢桥,由于当时焊接施工水平不高,设计者对疲劳的认识和考虑亦不充分,导致钢桥疲劳开裂问题十分严重[1]。1982年美国ASCE 发表的研究报告中指出80%～90%的钢结构破坏与疲劳断裂有关[2]。钢桥的疲劳 可分为荷载疲劳和面外变形疲劳,荷载疲劳只需计 算荷载作用下钢梁的面内应力即可进行疲劳设计与 分析,这已被工程师所熟知;面外变形疲劳并不与荷载直接相关,而是取决于钢梁细节处的局部面外变形。已有研究表明,钢板梁桥、钢箱梁桥、钢框架桥墩等都存在大量面外变形引起的疲劳裂纹。Con 2nor 等[3]的最新研究结果表明钢桥中的疲劳裂纹90%为面外变形疲劳裂纹。钢桥中出现如此大量的 面外变形疲劳裂纹,主要原因是钢桥设计时一般只考虑面内变形与应力,并未考虑腹板间隙处面外变

正交异性钢桥面板疲劳细节优化论文

正交异性钢桥面板疲劳细节优化 摘要：作为早期公路钢桁梁桥破损桥面板更新的主要选择，正交异性钢桥面板已得到应用。为了适应近年来日益增长和加重的车辆轮载，需要对钢桥面板进行疲劳细节的优化。本文采用montecarlo方法模拟50年的疲劳荷载作用，借助三维有限元模型获得两种闭口肋的疲劳细节影响面，运用经典的雨流计数法研究其疲劳损伤度。结果表明相同尺寸下，u形截面常见疲劳细节的受力优于v形截面，疲劳寿命大于v形截面。 关键词：栓焊桁梁桥；钢桥面板；疲劳细节优化；闭口肋 abstract: as the early highway steel truss bridge damage the main selection panel update, orthotropic steel bridge panel has been applied. in order to meet the increasing in recent years and aggravation of the vehicle wheel load, need to steel bridge panel fatigue of the detail of the optimization. in this article, the method of 50 years of simulation montecarlo fatigue load, with the aid of the three dimensional finite element model for two silent ribs fatigue details the extent, using the classical rain flow count method to study the fatigue degree. the results show that under the same size, u shape section of the detail of the stress fatigue common better than v section, fatigue life than v section. keywords: bolt welding truss; bridge steel plate; fatigue

正交异性钢桥面板疲劳性能的影响分析

广东建材2018年第11期正交异性钢桥面板疲劳性能的影响分析 刘森 （厦门市路桥管理有限公司） 【摘要】正交异性钢桥面板由于重量轻，极限承载力大，适用范围广，已广泛应用于大跨度公路桥 梁钢箱梁。作为全焊接结构，由于其复杂的几何结构，在车轮载荷下的独特力性能，焊接操作引入的残 余应力和焊接缺陷等导致正交异性钢桥面板疲劳开裂现象突出。在本文的研究中，首先分析了正交异 性钢桥面板的力学特性和疲劳影响因素，然后提出了疲劳修复方法。 【关键词】正交异性钢桥面板；疲劳性能；成因；修复 1引言 正交异性钢桥面板因其在机械性能和经济性方面的突出优势而被广泛应用于现代桥梁工程中。然而，虽然具有突出的优点，但这种结构的疲劳问题更加突出。国内外正交异性桥梁钢桥面典型疲劳案例表明：一旦正交异性钢桥面发生疲劳，就会直接影响结构的运行质量，甚至会大大降低其承载能力；疾病修复不仅昂贵且难以实现期望的修复效果。因此，研究正交异性钢桥面板的疲劳特性具有重要的理论和实际意义。 2正交异性钢桥面板的受力特点 作为主梁的组成部分，正交异性钢桥面板是纵梁的上法兰和主梁的上法兰。根据传统的三结构系统分析方法，可以概括为主梁系统、桥面系统和覆盖系统。主梁系统是指由盖板和纵向肋构成的主梁的上凸缘，纵梁是主梁的组成部分。甲板系统是指盖板作为纵肋和横肋的公共上法兰，桥面系统的三个部件支撑在主梁上以承受桥面上的载荷。盖系统仅将盖子视为支撑在纵向肋和横向肋上的各向同性连续板，直接承受车轮的局部载荷并将载荷传递给纵向肋和横向肋。 钢桥面板的应力分布具有以下特点。 ⑴在车辆活载荷的作用下，主梁系统的应力相对较小，主要反映在桥面系统和盖板系统的局部应力中。 ⑵车轮载荷的大小决定了钢桥面板的应力大小，但其车轮载荷影响线较短，冲击范围相对有限。 ⑶对于钢桥面板的某些结构细节，车辆产生的应力循环次数与应力的纵向影响线的长度和车辆的轴距有关。 ⑷盖板中的第三系统平膜具有较小的应力，主要由平面外弯曲应力反映。 ⑸在纵向肋的下边缘的平面中仅存在纵向膜应力，并且存在纵向肋腹板的平面外的弯曲应力和面内膜应力。 ⑹梁的腹板上的应力主要由平面中的薄膜应力反映，但在与纵向肋的腹板连接处的腹板处存在一定的平面外弯曲应力。且应力集中现象明显。 ⑺纵向肋穿过梁腹板的弯曲开口处的应力集中也是非常明显的。 总之，正交异性钢桥面板由于应力线短、接头细节的应力集中以及面外变形下的二次应力而易于疲劳开裂。 3正交异性钢桥面板疲劳问题的影响因素 正交异性钢桥面板具有力性能和经济性的双重优势。横向肋（隔板）板连接以形成板结构，该板结构满足纵向和横向上的不同力要求。结构体系和成形方法使正交异性钢桥面板具有突出的优点，结构复杂，焊缝多，局部轮载直接作用。桥面板以鼓形变形，并且应力集中发生在几何构造的不连续部分中，例如主构件的互连和相互约束。焊接工作中的瑕疵问题以及制造时出现的偏差问题，都会产生应力集中现象，这又会加重导致疲劳和板面的脆性。随着现代交通工具的发达，桥面和路面往往要承受非常大的压力，这种情况下，疲劳易损部位就很容易出现裂缝，进而不断扩大范围，最后导致钢桥表面部位的疲劳问题，一些常见的疲劳部位以及脆弱部位如图1所示。 日本东京两条具有代表性的高速公路约7，000个封闭纵肋正交异性钢桥面板疲劳缺陷的统计分析得到的主要疲劳裂纹类型及其组成如表1所示。 在我国，到现在为止，桥面一共出现了大约十七种疲劳裂痕，这其中比较常见的一种裂痕以及它所占的百 质量控制与检测44 --

浅谈钢结构桥梁的疲劳问题

浅谈钢结构桥梁的疲劳问题 摘要：随着钢结构桥梁的疲劳问题的日趋突出，其疲劳设计问题也越来越得到重视。在桥梁设计中，保证桥梁的安全性和耐久性是最根本的要求。文中对目前应用广泛的钢结构桥梁的疲劳问题进行了探讨。 关键词：桥梁疲劳设计问题对策 前言 近年来，钢结构桥梁在我国公路桥梁中得到了越来越多的应用。一方面，钢结构桥梁的疲劳问题日趋突出；另一方面，我国公路钢桥规范与英、美等国钢桥规范相比，在疲劳设计方面规定比较简单。因此，在以我国桥梁疲劳设计经验为基础的同时，应参考一些国外规范，总结出适合我国交通行业的疲劳设计的有效方法。 一、钢结构桥梁的疲劳 30年来，我国的公路桥梁及铁路桥梁建设得到了迅猛发展。桥梁的结构体系多种多样，目前正在由传统的石拱桥、钢筋混凝土梁板式桥梁向现代的钢结构拱桥、斜拉桥以及悬索桥的趋势发展。由于车辆载荷的随机性、超载以及运行的频繁性，钢结构桥梁的疲劳问题历年来备受关注。和承载力和稳定性一样，疲劳是影响钢结构耐久性的主要因素之一。由于构造细节不合理，在重复重载交通、风或是地震等交变荷载的作用下，钢结构由此产生疲劳裂纹，疲劳裂纹不断开裂，直至影响钢桥的使用，甚至断裂破坏。为了避免钢结构桥梁发生疲劳破坏，必须在设计阶段就对疲劳问题进行细致的考虑。 二、钢结构桥梁疲劳特征的影响因素 影响钢结构桥梁疲劳的因素有很多，归纳起来主要有以下3 种： 1、结构的材料特性 与疲劳有关的结构的材料特性主要有：钢材的性能、构件尺寸、结构的表面状况。需要注意的是结构的疲劳性能随钢材强度的提高仅有微弱增加的趋势，所以由疲劳强度所控制的构件，采用强度较高的钢材是不经济的。一般说来，构件的尺寸增加时疲劳强度降低。疲劳裂缝源通常萌生于结构的表面，这主要是因为结构外表面的应力水平往往也最高，外表面的缺陷往往也最多和表面层材料的约束小，使得滑移带最易开动。 2、结构构造 结构构造主要包括桥梁的结构形式、构件的连接形式和构造细节。结构的制造和焊接工艺以及焊后处理工艺都对结构的初始应力分布和固有缺陷有较大的

公路钢桥抗疲劳设计概述

公路钢桥抗疲劳设计概述 摘要：基于疲劳与断裂是钢构件失效的最可能原因，应对疲劳设计给于相当的重视。本文对我国公路桥梁疲劳设计问题进行了简述，并对国外规范进行了总结。提出了我国疲劳验算的缺陷和制定与完善公路钢桥疲劳规范的迫切性。 关键词：公路钢桥；疲劳设计；荷载模型 abstractbased on fatigue and fracture is the most likely reason in failure of steel members. this paper, resumed the design of highway bridge fatigue problems in our country, and summarized foreign standard. puts forward the defects of fatigue calculation in our country and the urgency to formulate and perfect highway steel bridge fatigue specification. key words: highway steel bridge; fatigue design; load model 中图分类号：u448.14文献标识码： a 文章编号： 1疲劳研究的必要性 公路钢桥的疲劳是指在车辆荷载的反复作用下构件在低于钢材 屈服强度的情况下发生的脆性破坏。[1]钢结构构件最常遇到三种破坏形式：拉构件强度破坏、压构件失稳破坏、反复拉压构件疲劳断裂。其中疲劳与断裂是钢构件失效的最可能原因。据美国1982 统计结果，80%-90%钢桥的破坏与疲劳断裂有关，1967年美国西弗吉利亚州的point pleasant大桥在没有任何征兆的情况下突然倒

钢桥结构的断裂与疲劳综述

清华大学土木系 钢桥结构的疲劳 破坏分析 XXX 201XXXXXX 2014-9 《钢结构断裂与疲劳》课程论文

钢桥结构的疲劳破坏分析 （XXXX，土硕X，学号：201XXXXXX） 摘要：随着钢桥设计理论和制造技术的快速发展，国内外钢桥迎来了蓬勃发展的时代。但同时，钢桥的疲劳问题也越来越引起人们的注意。本文从国内外研究现状、现存技术问题及研究方法等方面对钢桥疲劳问题进行综合阐述。 关键词：钢桥疲劳寿命焊接节点 1前言 在20 世纪三十年代以后，随着钢桥设计理论和制造技术的快速发展，国外公路钢桥迎来了蓬勃发展的时代。虽然我国的公路钢桥发展起步较晚，但是从20 世纪八十年代中期以后，随着国内经济与技术水平的迅速提高，我国大跨度公路钢桥进入了建设的高峰期。尤其进入21 世纪后，我国快速建成了一批规模进入世界前列的钢桥。随着钢桥的建设规模记录不断被刷新，钢桥已成为大跨度桥梁的主要形式[1]。 近年来，虽然人们对疲劳断裂问题的研究已有一定的进展，工程师也采取了不少预防措施，但是陆续还是有一些钢桥发生疲劳破坏事故，这说明进行钢桥疲劳破坏分析、预测是十分必要的。但是这项工作同时也是十分困难的。本文就目前国内外的钢桥疲劳破坏的相关情况予以综述，让读者更加了解钢桥的疲劳破坏。2国内外研究现状 2.1国外钢桥疲劳问题研究历程及现状 人们对疲劳问题的研究历史最早可以追溯到19世纪初[2]。当时金属材料在交通工具和机械设备中逐渐得到广泛的应用，但其中的一些运动部件时常发生破坏。这些破坏多发生在部件截面尺寸突变处，而且破坏时的应力远低于材料的屈服强度，这些问题引起了工程师们的关注。 1829年，德国矿业工程师W.A.J.Albert对矿山传送带链条进行了反复加载试验，这被公认为是人类最早的疲劳研究工作[3]。1837年，他发表了第一篇关于疲劳试验结果的论文[4]。 1843年，苏格兰土木工程师W.J.M.Rankine最早研究发现了铁路机车车轴的疲劳破坏是由裂纹出现和发展造成的。 1847年，德国工程师W?hler开始对疲劳问题进行深入系统的研究。1850~1869年间，W?hler利用自行设计的疲劳试验机，对机车车轴进行疲劳试验。

钢桥

1、简述国内外钢桥发展的现状及特点？ 答：现在钢桥采用的主要技术有：（1）高强度低合金钢、预应力钢筋、高标号混凝土、聚合物等新材料的应用; (2)桥梁上部结构采用正交异性刚桥面板和钢与混凝土的组合结构，箱型梁、高次超静定结构（多为连续梁、斜腿钢架、斜拉桥、各种组合体系等）；（3）结构设计方面可以针对不同情况，按需要进行非线性（材料非线性、集合非线性）分析、空间分析、动力分析、可靠性分析；（4）施工工艺方面用钻孔桩机械（土层及岩层）、大直径桩、双臂钢围堰、自升式平台等修建深水基础，用焊接、高强度螺栓、预应力等方式进行连；用悬臂施工（混凝土灌注及各种预制件的拼装）及整体架设等方法减低造价并压缩工期. 2、简述钢桥设计计算的基本方法和主要计算内容？ 答：国内外钢桥设计主要采用容许应力法和半概率极限状态设计法。（1）容许应力法，以弹性设计理论为基础，但该方法不能充分反映不同荷载的统计特性，较大程度的依赖经验，它将逐步被一概率统计和可靠度理论为基础的概率极限设计法所取代。（2）办概率极限设计法，根据不同荷载和材料与构件的统计特性采用分项安全系数表示。 3、简述钢桥的主要材料的种类、表示方法和主要特点？ 答：钢桥的主要材料有结构钢、高强钢丝、高强螺栓、优质钢、锻钢、铸钢、焊条和焊丝等材料；表示方法是：（1）钢板，表示方法为”PL-宽*厚*长”，（2）型钢:(a)角钢，表示方法为L肢宽*肢厚*长度和L长肢宽*短肢宽*肢厚*长度，（b)工字钢，普通工字钢为I号数（界面高度cm和腹板厚度a、b、c），轻型工字钢OI号数（界面高度cm和腹板厚度a、b、c），（c)普通槽钢,[号数（界面高度cm和腹板厚度a、b、c），轻型槽钢,Q[号数（界面高度cm 和腹板厚度a、b、c） 4、简述焊接残余应力与残余变形的主要特点和对钢桥的影响？ 答：钢材焊接时，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，使得钢材内部产生焊接应力，焊接应力较高的部位将达到钢材屈服强度而发生塑性变形，因而钢材冷却后将有残存与焊件内的应力，为焊接残余应力。在焊接和冷却过程中由于焊件受热和冷却都不均匀除产生内应力外，还产生变形，这种变形成为焊接残余变形。焊接残余变形影响结构的尺寸精度和外观，导致构件的初弯曲、初扭曲、初偏心等，。使受力时产生附加的弯矩、扭矩和变形，从而减低其强度和稳定的承载力。 5、简述减少焊接残余应力和残余变形的方法？ 答：（1）、设计措施（a)尽量减少焊缝的数量和尺寸（b）避免焊缝过分集中或多方向焊缝相交与一点（c）焊缝尽可能堆成布置，连接过渡尽量平滑，避免应力突变和应力集中（d）搭接长度不小于最小值（e）合理选择施焊位置，（2）焊接工艺措施（a)采用适当的焊接顺序和方向（b）先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量小的焊缝，先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝（c)先焊使用时受力较大的焊缝，后焊受力较次要的焊缝（d)预变形（e)预热、后热（f)高温回火（g)用头部带小圆弧的小锤轻击焊缝，是焊缝得到延展，减低焊机残余应力。 6、简述钢桥桥面的结构形式和特点？ 答：结构形式为公路钢桥桥面和铁路钢桥桥面；按照承重结构的主要材料可分为钢桥面、混凝土桥面和木桥面----该答案不甚准确，自己斟酌 7、简述桥面系梁格的组成和连接形式？ 答：组成由横梁和纵梁，形式（1）横梁直接支承于主梁上-上承式（2）横梁位于主梁中间（3）横梁设置于主梁下端-下承式（4）横梁有吊杆直接悬吊与主梁之下-下承式拱桥（5）由立柱吧横梁支承于主梁之上。 8、钢桥面板设计计算和构造细节处理中应该特别注意哪些问题？ 答：（1）冲击荷载的影响（2）桥面板温差的影响（3）钢桥面板的疲劳（4）钢桥面板的刚

钢桥疲劳设计方法研究

钢桥疲劳设计方法研究 陈惟珍1,D Ko steas 2 (11同济大学桥梁工程系,上海200092;21慕尼黑工业大学,德国慕尼黑80333) 摘　要:分析了引起钢桥疲劳的各种原因,并对目前国际上最新抗疲劳设计方法作了进一步讨论,对我国钢桥设计将起到一定的推动作用。 关键词:钢桥;疲劳;桥梁设计 中图分类号:U 44114 文献标识码:A 文章编号:1003-4722(2000)02-0001-03 收稿日期:2000-01-03 基金项目:德国学术交流中心资助R estsicherheit und R estlebensdauer aelterer Stah lbruecken (A 96 00240) 作者简介:陈惟珍(1962-),男,副研究员,1983年毕业于同济大学桥梁工程系,获学士学位,1986年获硕士学位,1999年毕业于德国慕尼黑工业大学,获工学博士学位,主要从事桥梁CAD 和疲劳断裂研究。 1　概　述结构抗疲劳设计的目的是保证在一定使用可靠水平下整个设计寿命内的结构承载能力,使得结构不会因疲劳而失效或修补。承受车辆荷载的桥梁可能会因疲劳而遭到破坏,因此在设计中必须对疲劳加以验算[1]。疲劳验算时要考虑下列因素: (1)精确预测整个设计寿命期间完整的荷载序列; (2)精确计算在此荷载下的结构弹性反应;(3)细节几何形状、制造方法和质量控制主要影响 疲劳强度,甚至可能控制结构设计,并极大程度地影响着建造成本。 一般认为疲劳失效通常起始于高应力区,如几何突变处、受拉残余应力区和尖锐的不连续处(按裂纹处理)。在循环应力作用下,疲劳裂纹起始于此处并逐步扩展。最终失效发生在剩余截面不能承受荷载峰的情形时。 疲劳裂纹的扩展近似沿最大主应力的垂直方向,其扩展速率呈指数增长,早期增长较慢,占疲劳寿命的大部分。由于这个原因,在结构中较早地对裂纹进行探测比较因难。 在钢桥设计时,下列可能的疲劳裂纹起始处要加以考虑:①焊缝的根部或焊趾;②倒角;③冲孔或钻孔;④剪开边或锯开边;⑤高接触压力下的表面;⑥张紧索的根部。 除上述细节设计的情况外,疲劳裂纹也可能由冶炼、制造和施工等其它原因引起:①材料不连续(如空洞、夹渣)或焊接缺陷;②由机械损伤而形成的刻痕或擦痕;③腐蚀处。 引起疲劳的可能外因有如下几个方面。 (1)荷载具有较高的动静比:比如运输工具、吊机、 桥梁等。 (2)荷载频繁作用:它导致应力循环次数增加。细长结构或构件具有较低固有频率会产生共振,因此放大动应力,比如在风荷载作用下。 (3)采用焊接:某些焊接细节的疲劳强度较低。 (4)复杂接头:复杂接头由于传力路径变化,常常 导致较高应力集中,它们对极限状态影响很小但对疲劳强度影响很大。如果疲劳控制设计,那么接头形状应该保证光滑和简洁,以便应力能够精确计算控制,制造与检测能满足规范要求实施。 (5)环境:在某些热和化学环境中,如果表面没有防护,疲劳强度要降低。2　疲劳设计方法 无限寿命设计:此方法限制应力不超过常幅疲劳极限,保证构件永远不破坏,具有无限寿命。 安全寿命设计:此方法根据疲劳曲线下限和疲劳荷载的上限来计算损伤。它提供一个较保守的疲劳寿命估计,在使用寿命期内,结构的检测一般不予考虑。 损伤容限设计:此方法通过一个接一个检测环节监视疲劳裂纹增长。一旦疲劳裂纹达到一个预设尺寸,部分构件要加以修补或更换。此方法适用于应用安全寿命方法影响经济性和细节具有较高疲劳开裂风险时。它带来比安全寿命方法较高的结构失效风险。 依据试验设计:此方法归类于从规范或其它资料中不可能得到必要的受载应力、疲劳强度或裂纹增长数据的情况。 2.1　无限寿命设计 1 钢桥疲劳设计方法研究 陈惟珍,D Ko steas

浅谈钢桥的疲劳和断裂

浅谈钢桥的疲劳和断裂 摘要:本文针对疲劳研究的必要性、疲劳损伤机理、钢桥疲劳裂纹维修措施进行了探讨，仅供参考。 关键词:钢桥；疲劳；断裂 引言 曾经有几座老钢桥因为有疲劳开裂而没有被发现，在某一天突然断裂，造成严重事故。例如，韩国圣水大桥悬挂跨落水事故，死亡32人，受伤127人，汽车15辆落水。这些事故使人谈虎色变。 一、疲劳研究的必要性 公路钢桥的疲劳是指在车辆荷载的反复作用下构件在低于钢材屈服强度的情况下发生的脆性破坏。钢结构构件最常遇到三种破坏形式：拉构件强度破坏、压构件失稳破坏、反复拉压构件疲劳断裂。其中疲劳与断裂是钢构件失效的最可能原因。据美国1982统计结果，80%-90%钢桥的破坏与疲劳断裂有关，1967年美国西弗吉利亚州的Point Pleasant大桥在没有任何征兆的情况下突然倒塌，造成46人死亡，调查结果显示是由于一拉杆下缘产生解理断裂。警醒下，各国对疲劳给于了相当的重视，随着工程实践和研究的加深，规范也在不断的修订和更新。 由于我国公路钢桥规范的落后导致了钢桥在设计、施工与养护时，不得不参考和使用英国、日本、美国等国外的规程和技术标准，而实际这些国外的规程和技术标准又不完全适合我国的国情。进行我国公路钢桥的抗疲劳设计,保证钢桥长期安全使用是摆在桥梁工作者面前的重要研究课题。 二、疲劳损伤机理 疲劳是造成桥梁损伤，影响桥梁使用年限的主要因素。目前桥梁钢结构大多使用焊接工艺，在焊接区域，桥梁结构由于当初设计的不合理性和反复重载作用下，很容易产生应力，从而在钢结构上产生疲劳裂纹，缩短钢桥的寿命。 在钢桥结构中，由于变形引起疲劳裂纹主要分为两种：一种是腹板的呼吸疲劳，当板梁腹板的长宽比、高厚比超过一定限度时，在大于屈曲荷载的面内的荷载作用之下，腹板将会产生更宽的面外位移，而这个面外位移又将反过来在焊接板的边缘形成较高的弯曲应力。长此以往，在重复荷载的作用下，将产生疲劳裂纹，最终使得钢结构提前失去效应。另一种疲劳裂纹是由于桥梁设计时没有料想到横向与纵向构件之间相互作用而产生的，这种现象一般出现在主梁腹板的间隙细节处。 1、钢桥腹板呼吸疲劳损伤

ANSYS非线性_结构分析

目录 非线性结构分析的定义 (1) 非线性行为的原因 (1) 非线性分析的重要信息 (3) 非线性分析中使用的命令 (8) 非线性分析步骤综述 (8) 第一步：建模 (9) 第二步：加载且得到解 (9) 第三步：考察结果 (16) 非线性分析例题（GUI方法） (20) 第一步：设置分析标题 (21) 第二步：定义单元类型 (21) 第三步：定义材料性质 (22) 第四步：定义双线性各向同性强化数据表 (22) 第五步：产生矩形 (22) 第六步：设置单元尺寸 (23) 第七步：划分网格 (23) 第八步：定义分析类型和选项 (23) 第九步：定义初始速度 (24) 第十步：施加约束 (24) 第十一步：设置载荷步选项 (24) 第十二步：求解 (25) 第十三步：确定柱体的应变 (25) 第十四步：画等值线 (26) 第十五步：用Post26定义变量 (26) 第十六步：计算随时间变化的速度 (26) 非线性分析例题（命令流方法） (27) 1

2 非线性结构分析 非线性结构的定义 在日常生活中,会经常遇到结构非线性。例如，无论何时用钉书针钉书，金 属钉书钉将永久地弯曲成一个不同的形状。（看图1─1（a ））如果你在一个木 架上放置重物，随着时间的迁移它将越来越下垂。（看图1─1（b ））。当在 汽车或卡车上装货时，它的轮胎和下面路面间接触将随货物重量的啬而变化。 （看图1─1（c ））如果将上面例子所载荷变形曲线画出来,你将发现它们都显 示了非线性结构的基本特征--变化的结构刚性. 图1─1 非线性结构行为的普通例子 非线性行为的原因 引起结构非线性的原因很多，它可以被分成三种主要类型： 状态变化（包括接触） 许多普通结构的表现出一种与状态相关的非线性行为, 例如，一根只能拉伸