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止裂 讓鋼橋不再衰老 橋梁景觀護欄廠家發(fā)布時間：2022-06-31 15:46:31 面對嚴(yán)重影響鋼橋面板服役性能和耐久性的疲勞開裂問題，研發(fā)合理、的加固維護技術(shù)十分必要。本文選取縱肋與橫隔板焊接細(xì)節(jié)的典型疲勞開裂模式，采用栓接角鋼裝配式加固方法對該細(xì)節(jié)進行加固，并通過足尺疲勞試驗研究該加固方法的有效性及其工程可實施性。在此基礎(chǔ)上，采用斷裂力學(xué)進行加固效果評價，以驗證栓接角鋼裝配式加固方法，對正交異性鋼橋面板縱肋與橫隔板焊接細(xì)節(jié)的疲勞裂紋維護的可靠性。 有限元模型的建立 疲勞破壞模式和裝配式加固 縱肋與橫隔板焊接細(xì)節(jié)受力較為復(fù)雜，在裝配誤差、焊接殘余應(yīng)力及焊接缺陷等因素綜合影響下，該部位成為正交異性鋼橋面板中疲勞問題為突出的部位之一。該部位典型的疲勞裂紋的失效模式主要包括以下幾種：破壞模式I ：疲勞裂紋起于焊趾并沿縱肋腹板擴展；破壞模式II ：疲勞裂紋起于焊趾并沿橫隔板擴展 ；破壞模式III ：疲勞裂紋起于橫隔板弧形開孔并沿橫隔板擴展，如圖1所示。研究結(jié)果表明，模式I為疲勞破壞的主要形式，且其疲勞開裂的加固較其他模式更為困難。 正交異性鋼橋面板開裂采用在局部栓接或粘貼鋼板的方式，可以有效提高該部位的局部剛度，顯著降低局部應(yīng)力水平，從而抑制該部位疲勞裂紋的進一步擴展。因此，對于縱肋與橫隔板連接部位的疲勞加固而言，其關(guān)鍵在于采用適當(dāng)?shù)姆椒ń档途植繎?yīng)力集中程度，調(diào)整局部受力狀態(tài)，從而改善該細(xì)節(jié)局部應(yīng)力水平。針對縱肋與橫隔板焊接細(xì)節(jié)疲勞開裂模式I，采用在縱肋底板與橫隔板處栓接等邊角鋼加固處理，如圖2所示。 面向疲勞性能研究的有限元模型 為研究關(guān)注疲勞易損細(xì)節(jié)的疲勞特性，針對某大橋正交異性鋼橋面板縱肋與橫隔板焊接細(xì)節(jié)，進行裝配式加固方法模型試驗研究。足尺模型試件主要由頂板、縱肋、橫隔板及其下翼緣板構(gòu)成。疲勞試驗?zāi)Ｐ洼喞叽鐬椋洪L2.7m，寬1.4m，高0.6m，縱向設(shè)置2個橫隔板，橫向設(shè)置2個U肋。試件主要結(jié)構(gòu)板件厚度為：頂板18mm，縱肋8mm，橫隔板14mm，橫隔板下翼緣20mm?？v肋截面尺寸為300mm×280mm×8mm，縱肋中心間距為600mm。疲勞試驗采用分配梁縱向兩點加載，在分配與試驗?zāi)Ｐ椭g的加載位置放置兩個200mm×200mm的橡膠支座，試驗?zāi)Ｐ蜋M隔板下翼緣使用固接約束，其加載方案如圖3所示。 本研究的主要目的在于確定待研究構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞性能，綜合考慮加載設(shè)備和加載周期等因素，制定試驗方案并確定實際采用的加載荷載幅值ΔP。所確定的主要試驗工況如下： 工況1（LCI）：縱肋與橫隔板連接細(xì)節(jié)疲勞特性試驗工況。該工況主要用于研究此處實際疲勞特性。此工況加載次數(shù)為115萬次，荷載上、下限分別取ΔP+20kN與20kN，ΔP為290kN。 工況2（LCII）：縱肋與橫隔板焊接細(xì)節(jié)疲勞開裂裝配式快速加固試驗工況。主要研究裝配式快速加固方法對于縱肋與橫隔板焊接細(xì)節(jié)的疲勞壽命的改善效果。此工況加載次數(shù)為180萬次，荷載上、下限分別取ΔP+20kN與20kN，ΔP為348kN。 針對待研究的疲勞易損部位（縱肋與橫隔板焊接細(xì)節(jié)處）開裂后栓接角鋼加固效果，由于此處疲勞裂紋屬于復(fù)合型裂紋，為提高應(yīng)力強度因子K的求解精度，選取通用有限元軟件ANSYS建立實體單元模型進行求解，除含有裂紋的子模型外都用實體單元Solid45。在縱肋與橫隔板焊接細(xì)節(jié)處建立裂紋子模型，其中，裂紋前緣周圍單元采用能夠較反映裂紋 附近應(yīng)力場奇異性的Solid95單元模擬，其余子模型部位使用Solid92單元。整個有限元模型總計257988個單元，401870個節(jié)點，如圖4所示。為保證其計算結(jié)果可靠性，能準(zhǔn)確模擬試驗?zāi)Ｐ偷氖芰顟B(tài)，設(shè)定與試驗相同的約束條件及加載方式，在試驗結(jié)構(gòu)模型重點部位布置大量測點。試驗過程中采用美國MTS公司的MTS793試驗系統(tǒng)進行疲勞試驗加載、UCAM-60B靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行靜載試驗應(yīng)變測試，同時采用DH3820動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對疲勞易損細(xì)節(jié)關(guān)鍵測點的應(yīng)變進行動態(tài)監(jiān)測。由于篇幅限制，此處僅列出縱肋與橫隔板焊接細(xì)節(jié)典型對比結(jié)果，測點位置及在試驗荷載工況下實測值（M）與理論值（T）結(jié)果對比如圖5所示，測點處應(yīng)變片布置在焊縫端部下方縱肋腹板母材上。研究結(jié)果表明：有限元計算值與試驗實測值基本吻合，所建立的有限元模型能夠較為準(zhǔn)確地模擬縱肋與橫隔板焊接細(xì)節(jié)的力學(xué)特性，可作為裂紋擴展行為及加固研究的模型。


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