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正交异性钢桥面板疲劳开裂一直是困恼桥梁工程界的难题。有限元合理反映正交异性钢桥面板的焊缝构造细节,有助于准确捕捉构造细节应力行为,合理评估其疲劳性能。
本文基于有限单元法建立了正交异性钢桥面板单元模型,采用混合单元建模,也即用实体单元模拟横隔板-纵肋焊缝,其他部位采用壳单元模拟,对比研究了是否模拟横隔板-纵肋焊缝及模拟横隔板-纵肋焊缝数量对各疲劳构造细节应力响应的影响,并与现场实测结果进行了比较。最后,根据AASHTOLRFD规范对各疲劳构造细节进行疲劳性能评估。主要工作和研究结论如下:
1)有限元模拟了轮载作用下的典型疲劳构造细节应力响应。正交异性钢桥面板在轮载作用下应力局部效应显著,横向影响范围约在两个纵肋宽度以内。横隔板-纵肋焊缝横隔板侧、纵肋侧、围焊处构造细节应力响应分别呈拉压应力交替、压应力、拉应力。面板-纵肋焊缝构造细节只有横桥向距离轮载中心一倍纵肋宽度范围内,才能清晰地识别轴组中单轴的作用。
2)横隔板-纵肋焊缝模拟与否不影响疲劳构造细节的应力特征,但使其横隔板侧和纵肋侧构造细节的应力幅整体增大,而对其围焊处和其它构造细节的应力响应无明显影响。另外,横隔板-纵肋焊缝模拟的数量对弧形切口、横隔板-纵肋焊缝、面板-纵肋焊缝构造细节的应力响应无明显影响。
3)无论是否模拟横隔板-纵肋焊缝,Mises应力最大值都出现在弧形切口边缘处,弧形切口易发生应力集中,从而可导致疲劳开裂。与不模拟焊缝相比,焊缝模拟能清楚显示该焊缝沿焊缝高度方向的应力分布,横隔板和纵肋部位应力过渡更均匀,在弧形切口边缘处获得的Mises应力增大。有限元模拟结果与现场实测的应力时程趋势合理,表明有限元模拟的正确性。
4)与不模拟焊缝的模型I相比,模拟焊缝的模型III采用疲劳等级B对弧形切口进行疲劳评估所得到的疲劳寿命(9.43年)更加接近通过实测应力数据进行评估的疲劳寿命(8.47年)。
本文基于有限单元法建立了正交异性钢桥面板单元模型,采用混合单元建模,也即用实体单元模拟横隔板-纵肋焊缝,其他部位采用壳单元模拟,对比研究了是否模拟横隔板-纵肋焊缝及模拟横隔板-纵肋焊缝数量对各疲劳构造细节应力响应的影响,并与现场实测结果进行了比较。最后,根据AASHTOLRFD规范对各疲劳构造细节进行疲劳性能评估。主要工作和研究结论如下:
1)有限元模拟了轮载作用下的典型疲劳构造细节应力响应。正交异性钢桥面板在轮载作用下应力局部效应显著,横向影响范围约在两个纵肋宽度以内。横隔板-纵肋焊缝横隔板侧、纵肋侧、围焊处构造细节应力响应分别呈拉压应力交替、压应力、拉应力。面板-纵肋焊缝构造细节只有横桥向距离轮载中心一倍纵肋宽度范围内,才能清晰地识别轴组中单轴的作用。
2)横隔板-纵肋焊缝模拟与否不影响疲劳构造细节的应力特征,但使其横隔板侧和纵肋侧构造细节的应力幅整体增大,而对其围焊处和其它构造细节的应力响应无明显影响。另外,横隔板-纵肋焊缝模拟的数量对弧形切口、横隔板-纵肋焊缝、面板-纵肋焊缝构造细节的应力响应无明显影响。
3)无论是否模拟横隔板-纵肋焊缝,Mises应力最大值都出现在弧形切口边缘处,弧形切口易发生应力集中,从而可导致疲劳开裂。与不模拟焊缝相比,焊缝模拟能清楚显示该焊缝沿焊缝高度方向的应力分布,横隔板和纵肋部位应力过渡更均匀,在弧形切口边缘处获得的Mises应力增大。有限元模拟结果与现场实测的应力时程趋势合理,表明有限元模拟的正确性。
4)与不模拟焊缝的模型I相比,模拟焊缝的模型III采用疲劳等级B对弧形切口进行疲劳评估所得到的疲劳寿命(9.43年)更加接近通过实测应力数据进行评估的疲劳寿命(8.47年)。