摘要：为深化对正交异性钢桥面板疲劳问题的认识,从正交异性钢桥面板的疲劳性能及其评估方法、新型正交异性钢桥面板结构以及正交异性钢桥面板疲劳加固的研究进展等层面进行了分析总结,讨论了制约正交异性钢桥面板疲劳研究的主要问题,探讨了正交异性钢桥面板疲劳问题研究的现状和发展趋势。结果表明:相对于主梁和主桁等杆系结构的疲劳问题,正交异性钢桥面板的疲劳体现为由多个复杂构造细节部位的疲劳性能共同决定的空间结构疲劳问题,其疲劳破坏模式、疲劳性能、抗疲劳优化设计和疲劳开裂加固等问题更为复杂;疲劳损伤机理、新建和在役正交异性钢桥面板疲劳性能评估方法、适用的疲劳开裂加固方法,是钢桥的全寿命周期设计理论的重要基础和桥梁工程可持续发展迫切需要解决的重要研究课题;依托创新设计理念和高性能材料,发展新型结构体系和构造细节,是正交异性钢桥面板的重要发展方向;以智能化制造为代表的先进制造加工技术、以红外热成像和超声波相控阵等为代表的疲劳裂纹检测技术,为正交异性钢桥面板疲劳性能的进一步提升和疲劳裂纹检测技术的发展提供了重要支撑。

摘要：由结构体系和受力特性共同决定,疲劳问题是正交异性钢桥面板应用和发展所面临的重要课题。以典型的正交异性桥面板钢箱梁桥——港珠澳大桥为研究对象,通过足尺试件模型对5类重要的正交异性钢桥面板疲劳易损部位进行试验和理论研究。选取最易发生疲劳损伤的梁段作为模型设计的依据,针对各关键疲劳易损部位设计4组共8个足尺疲劳试件模型;对设计寿命期内各疲劳易损部位的疲劳特性进行试验验证,在此基础上选取典型疲劳易损部位进行疲劳损伤及疲劳性能试验,建立基于理论模型和弹塑性断裂力学的疲劳损伤裂纹扩展模拟方法。研究结果表明:港珠澳大桥正交异性钢桥面板的疲劳性能满足设计要求;正交异性钢桥面板疲劳易损部位的疲劳性能存在较大差异;疲劳裂纹附近区域的应力分布随裂纹的扩展而不断发生改变,可据此判别裂纹的萌生并监测其扩展;所提出的方法适用于待研究疲劳易损部位的疲劳寿命评估。

摘要：正交异性钢桥面板疲劳问题突出,试验研究是评估其疲劳性能并揭示其疲劳特性的重要途径。以港珠澳大桥钢箱梁为研究对象,通过足尺节段模型对于正交异性钢桥面板的疲劳强度及其疲劳性能评估的关键问题进行试验和理论研究。采用足尺节段模型对多个关键疲劳易损部位进行疲劳试验研究;通过多点异步加载模拟行车效应对于结构疲劳特性的影响;采用在模型不同位置加载的方式验证各关键疲劳易损部位在设计寿命期内的抗疲劳安全性;在此基础上对于重要疲劳易损部位的疲劳性能进行试验和理论研究,探讨关键疲劳易损部位的疲劳强度及其疲劳性能评估的名义应力法和热点应力法。研究结果表明,港珠澳大桥正交异性钢桥面板的疲劳性能满足设计要求且有一定的安全储备;各关键疲劳易损部位的疲劳特性和疲劳强度存在显著差异,热点应力法适用于正交异性钢桥面板关键疲劳易损部位的疲劳性能评估。

摘要：根据可靠度指标的几何意义,联合应用混沌算法和BFGS算法,提出了基于混沌混合算法的可靠度分析方法。该方法将可靠度求解问题转化为最优化问题,利用混沌混合算法的全局收敛性实现可靠度问题的求解。利用数值算例和实际斜拉桥结构的可靠度分析对该方法的有效性进行了验证。在此基础上,对苏通长江大桥钢箱梁的可靠度进行了研究,探讨了随机变量的不定性和钢箱梁的不同组成部分对可靠度的影响。结果表明:所提出的方法为结构可靠度分析和钢箱梁的优化设计提供了新的思路和方法,能够有效弥补传统可靠度分析方法的不足,具有更高的精度。

摘要：为研究正交异性钢桥面板钢箱梁结构纵肋现场接头的疲劳性能,以港珠澳大桥中2类典型闭口截面U形纵肋的现场接头(焊接与栓接)作为研究对象,对其疲劳特性进行了试验和理论研究。依据实桥结构尺寸设计了2组4个足尺试件模型,并对现场焊接与栓接2种常用接头形式在设计寿命服役期内的疲劳性能进行了试验验证,在此基础上,对既有正交异性钢桥面板疲劳损伤案例中占比例较高的焊接接头疲劳损伤特性进行了相关疲劳试验与疲劳性能评估;通过在焊缝两侧对称布置2排电阻应变计获得不同疲劳加载次数下各测点的主拉应力实测值,揭示了焊接接头局部区域主拉应力随疲劳加载次数的变化规律,并结合超声波与磁粉探伤判断焊缝位置裂纹的萌生状况;分别建立实体与板壳有限元模型,计算出用于焊接接头疲劳评估的等效结构应力幅,探讨了结构应力法应用于该类细节疲劳评估的可行性和合理性。研究结果表明:2类纵肋现场接头中各关键测点的主拉应力在疲劳验证试验阶段基本保持不变,其疲劳性能均满足设计要求且具有一定的安全储备;随疲劳加载次数的增加,疲劳裂纹萌生初期的累积损伤会引起附近局部区域结构刚度下降,导致该区域内的主拉应力值出现不同幅度的增大;结构应力法适用于正交异性钢桥面板纵肋现场焊接接头部位的疲劳性能评估,且评估结果稳定、离散性较小。

摘要：为提高对PBL剪力键群的计算分析能力,针对传递轴向拉力PBL剪力键群边界条件简单,复杂的整体结构由构造相同的简单结构组成的特点,以单孔PBL剪力键荷载-滑移曲线为基础,以钢构件、混凝土构件的平衡条件及位移协调条件为依据,结合子结构法求解复杂结构的思路,提出了求解PBL剪力键群传力机理的逐步扩大子结构法;通过与2孔、5孔和6孔PBL剪力键群传力机理有限元分析结果对比,验证了该方法的正确性。研究结果表明:剪力键群中各剪力键承担的荷载不仅与总荷载有关,而且与剪力键的位置及其刚度有关,设计时应综合考虑。

摘要：纵肋与横隔板交叉构造细节是正交异性钢桥面板最易发生疲劳开裂的构造细节,通过建立有限元数值模型,采用断裂力学方法,研究栓接角钢加固方式对该处疲劳易损细节穿透型裂纹的加固效果。基于疲劳试验足尺节段模型相对应有限元模型,建立了纵肋与横隔板焊接处穿透型疲劳裂纹模型,针对栓接角钢和纵肋外侧栓接钢板两种加固技术的加固效果进行评估。研究结果表明:钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节的疲劳裂纹扩展至一定长度后将发展成穿透型裂纹,裂纹面受力复杂,纵肋腹板内外侧疲劳裂纹扩展特性表现的不一样,但是随着裂纹扩展的逐步进行,裂纹尖端的开裂模式均以复合型开裂为主;栓接角钢加固方式主要抑制纵肋与横隔板交叉构造细节易损部位疲劳裂纹的I型开裂,因此能很好地抑制短裂纹的扩展,但对于该细节处以复合形式扩展的穿透型疲劳裂纹的加固效果并不显著;在纵肋外侧栓接半U形钢板的加固方法能有效改善穿透型疲劳裂纹的等效应力强度因子,并且加固之后均保持在裂纹扩展阈值以下,表明该加固方式对穿透型疲劳裂纹有良好加固效果。

摘要：为了提高正交异性钢桥面板纵肋与顶板焊接构造细节的疲劳性能,提出了一种新型镦边纵肋与顶板连接构造细节,该构造细节通过局部镦厚与顶板连接部位的纵肋腹板,增大连接焊缝截面尺寸和局部刚度,从而减小该焊缝连接部位的应力集中程度,以实现提高纵肋与顶板焊接构造细节的疲劳性能的目的。作为一种新型焊接构造细节,其实际疲劳破坏模式和疲劳抗力均有待研究确定,为验证这一新型构造细节在改善纵肋与顶板焊接构造细节疲劳性能方面的有效性并确定其实际疲劳破坏模式和疲劳抗力,设计2组共7个足尺节段模型进行疲劳试验,对新型镦边纵肋与顶板焊接构造细节和传统纵肋与顶板焊接构造细节进行对比试验和理论研究。研究结果表明:控制2类构造细节的主导疲劳破坏模式均为萌生于焊根、沿顶板开裂的疲劳破坏模式;该疲劳破坏模式下新型镦边纵肋与顶板焊接构造细节和传统纵肋与顶板焊接构造细节的疲劳性能基本一致,新型镦边纵肋与顶板焊接构造细节对于该疲劳破坏模式下的实际疲劳性能无明显的改善效果;切口应力法适用于该构造细节焊根的疲劳性能评估,从便于工程应用的角度考虑,距离顶板焊趾5mm处的应力值亦可作为纵肋与顶板焊接细节疲劳性能评估的依据。

摘要：在大纵肋正交异性钢桥面板结构中引入混凝土结构层,通过栓钉将钢桥面板与混凝土结构层组成新型大纵肋正交异性组合桥面板,是从结构体系层面提高大纵肋正交异性钢桥面板疲劳性能的有效途径。基于有限元数值分析,明确了大纵肋正交异性组合桥面体系对于钢桥面板典型疲劳易损细节的应力幅改善效果;采用足尺节段模型试验对结构的关键疲劳易损细节进行了疲劳试验研究,验证了关键疲劳易损细节在设计寿命期内的抗疲劳安全性和混凝土结构层在疲劳荷载作用下的耐久性,在此基础上对关键疲劳易损细节的疲劳损伤演化及结构体系的疲劳破坏模式进行了试验与理论研究。研究结果表明:大纵肋正交异性组合桥面板结构体系能够显著降低U肋与顶板以及U肋与横隔板连接细节的应力幅,横隔板开孔部位是控制钢桥面板疲劳性能的关键构造细节;设计寿命期内钢桥面板疲劳性能与混凝土结构层的疲劳耐久性均满足要求,且具有一定的安全储备;混凝土结构层负弯矩区疲劳开裂对钢桥面板各疲劳易损细节疲劳性能的影响不显著;大纵肋正交异性组合桥面板的疲劳破坏模式表现出典型的两阶段特征,栓钉发生疲劳断裂并导致组合效应局部劣化,进而加速钢桥面板关键疲劳易损细节的疲劳损伤累积速度并最终发生疲劳开裂。

摘要：U肋对接焊缝处易出现疲劳裂纹,为了分析该部位裂纹体应力强度因子对各关键参数的敏感程度及其简化计算公式,以港珠澳大桥为背景,利用ANSYS有限元软件,逐步建立了该桥正交异性钢桥面板U肋对接焊缝处三维半椭圆形裂纹体的精细化仿真分析模型,采用相互作用积分与有限元相结合的方法计算半椭圆形裂纹体应力强度因子,进行系统的参数分析,探讨了应力强度因子随各关键设计参数的变化规律,并根据有限元分析结果得出了应力强度因子计算公式。结果表明:应力强度因子对裂纹前缘位置和裂纹深度较敏感,而对顶板厚度、U肋厚度及U肋顶板宽度的敏感性较弱,基于响应面法得到的拟合公式计算应力强度因子具有较高的计算精度。