摘要：为明确正交异性钢桥面板(OSD)构造细节的轮载局部应力效应及受力特征,开展了横桥向3个典型工况的货车加载试验和有限元分析,记录了货车低速通行下OSD构造细节的应力时程,研究了构造细节轮载应力行为和机理。研究表明:OSD构造细节轮载局部应力效应显著,构造细节的明显加载效应局限在横桥向轮载中心两侧各1倍纵肋中心距范围,表明OSD疲劳研究无须考虑货车左右轮或相邻车道货车并行的叠加效应。在显著局部应力范围内,货车每个车轴在纵肋-面板(RD)构造细节产生一个应力循环;跨肋式是RD、纵肋-横隔板(RF)焊缝和弧形切口(Cutout)构造细节横桥向最不利轮载位置。轮载作用下沿横桥向,RD面板侧以面板受纵肋腹板支承的连续梁受力为机理,纵肋侧以RD两侧面板和纵肋的弯矩平衡受力为机理;纵肋-横隔板纵肋侧(RF-R)构造细节以横隔板支承的连续梁支点负弯矩受力为机理;纵肋-横隔板横隔板侧(RF-F)构造细节以位于横隔板腹板上方受压为机理;弧形切口细节以空腹桁架竖杆受压为机理。明确的轮载应力局部范围和机理,能简化OSD结构疲劳有限元分析,有助于改善OSD结构抗疲劳设计。

摘要：为评价某大跨斜拉桥设计索力最大的钢锚箱在桥面通行车辆作用下的疲劳性能,开展随机车流下锚箱疲劳敏感构造细节的现场应力监测,获得构造细节的应力时程和应力谱,并基于Miner准则计算最大应力幅、等效应力幅及疲劳加载次数。基于中国公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64—2015)对锚箱构造细节的疲劳寿命进行分析,并讨论锚箱顶底板端部围焊细节的疲劳性能。研究结果表明:货车通行下,钢锚箱顶底板端部围焊构造细节表现为整体结构应力响应特征,在一辆货车通行下仅产生一个应力幅;在锚箱全部构造细节中,顶底板端部围焊细节应力幅高于其他构造细节,也是锚箱疲劳最不利构造细节;其中底板端部围焊处的应力幅最大,实测最大应力幅达56.7 MPa,等效应力幅和日均加载次数分别为10.1 MPa和4484次,该构造细节处疲劳累计损伤主要由相对较大的10~30 MPa的应力幅贡献。研究认为,桥面车辆通行下锚箱构造细节的应力幅较小,其疲劳性能都满足大桥设计要求。

摘要：为研究适合我国的钢桥面钢箱梁竖向温度梯度,在强太阳辐射和高温天气条件下开展2座钢箱梁桥横隔板竖向温度场的多次现场实测,获得了桥面铺装、钢箱梁横隔板、箱内空气和环境等的温度随时间的变化。基于横隔板各测点温度测量值,分析并比较了2桥竖向温度梯度分布随时间的变化。研究结果表明:在太阳辐射下横隔板上产生了较大的竖向温度梯度,2桥均在14:30记录到最大顶底板温差分别为16.8℃和17.2℃,竖向温度梯度分布曲线也均表现出在距顶板700 mm处明显转折的非线性特征。提出了一种对欧洲规范的四折线模式修正的竖向温度梯度模式,对应的最大顶底板温差为17.2℃。研究结果可为我国钢箱梁桥设计和规范条文补充竖向温度梯度的规定提供参考。

摘要：现场监测能真实反映结构的构造细节、边界约束和桥面加载条件,是正交异性钢桥面板疲劳评价最合理有效的方法之一。基于某正交异性桥面板钢箱梁桥,通过监测随机车流下同一车道紧邻的2个横隔板上疲劳敏感构造细节的应力响应时程,对比2种不同弧形切口正交异性钢桥面板构造细节的应力响应;通过雨流计数法获取构造细节应力谱,再基于米勒线性累积损伤准则计算疲劳等效应力幅和等效加载次数;最后基于AASHTO LRFD规范条文计算相关构造细节的疲劳寿命。研究结果表明:横隔板弧形切口构造细节总应力是面内应力分量主导,小弧形切口峰值应力时面外应力对总应力的比不大于23%,而大弧形切口仅略减小到20%,但大弧形切口削弱了横隔板腹板,使得传递面内竖向应力的面积减小,反而增大了弧形切口构造细节的应力,因而大弧形切口构造细节的疲劳寿命仅为10.6年,低于小弧形切口的14.2年;对纵肋-横隔板(Rib-to-floorbeam,RF)焊缝构造细节而言,大弧形切口减轻了RF之间的相互约束,能一定程度减小RF纵肋侧和RF横隔板侧的应力响应;但增大了RF围焊处因弯曲产生的压应力,从而导致横向泊松效应在该构造细节处产生大的二次应力;采用小弧形切口时估计的纵肋-横隔板焊缝构造细节的疲劳寿命大于100年,而采用大弧形切口对应寿命仅为31年。研究结果可为正交异性钢桥面板抗疲劳设计和加固提供有益的参考。

摘要：为研究轮载作用下结构参数对钢箱梁桥面板-纵向腹板构造细节应力响应的影响,建立了带纵向腹板的正交异性钢桥面板有限元模型,并基于我国规范对疲劳车模型开展了研究。首先针对轮载在横桥向的5种典型位置,通过每种位置轮载的顺桥向移动,获得了面板-纵向腹板构造细节及其附近面板-纵肋构造细节的应力响应,通过对比分析确定了面板-纵向腹板构造细节的最不利轮载工况。然后,在该最不利轮载工况下,分析了纵向腹板3个主要设计参数变化对面板-纵向腹板构造细节的应力响应影响。研究表明:与其他横桥向轮载位置相比,当轮载中心位于纵向腹板正上方时,面板-纵向腹板构造细节的面板侧将产生最大的应力响应;纵向腹板与相邻纵肋腹板间距的变化对该构造细节的应力影响显著,但纵向腹板厚度及其与面板间的夹角对该构造细节的应力影响很小;基于传统的正交异性钢桥面板设计,纵向腹板的厚度可为12 mm,其与相邻闭口纵肋腹板的间距建议不大于150 mm,而纵向腹板宜与面板成正T形或接近正T形焊接。基于构造细节最不利轮载工况开展的有限元分析表明:采用上述建议结构参数设计的面板-纵向腹板构造细节,能有效降低该构造细节的应力,因而能提高其疲劳性能。

摘要：纵肋-面板(rib-to-deck,简称RD)双面焊是正交异性钢桥面板制造新技术。为研究该构造细节的轮载应力特征,在某大跨度钢箱梁斜拉桥上开展了横桥向3个典型轮载工况的控制加载试验,记录了卡车缓慢移动和跑车时毗邻的多个RD构造细节的应力时程,研究了RD构造细节轮载应力行为。通过建立正交异性钢桥面板模型,开展了RD双面焊构造细节的精细化有限元分析。现场试验表明:在横桥向3个典型轮载工况中,跨肋式加载是RD构造细节最不利加载工况,此时纵肋侧和面板侧均产生最大应力幅,且面板侧大于纵肋侧;同时,RD构造细节轮载应力的局部效应显著,横桥向当构造细节距离轮载中心大于1倍纵肋中心距后,其纵肋侧和面板侧的应力幅均很小,因此可忽略卡车左右轮和相邻车道卡车并行的应力叠加效应;在纵桥向,轮载对RD构造细节的加载效应也仅局限其所在前后横隔板之间的桥面;另外,横桥向轮胎覆盖的面板下方RD构造细节,其应力时程能分辨单轴,每个车轴产生一个应力峰;否则其应力时程只能识别轴组,一辆卡车通行产生的疲劳加载次数等于卡车轴组数。有限元分析不仅得到了与现场加载试验非常一致的结果,也表明RD构造细节外侧最大应力幅均大于内侧,因此轮载作用下内侧焊焊趾的疲劳抗力高于外侧焊。故对RD双面焊构造细节,基于现场试验获得的外侧焊构造细节应力响应,能给出RD构造细节疲劳性能的合理评价。

摘要：钢结构桥梁处于复杂自然环境中,其温度将随太阳辐射和气温的影响而变化。这种温度变化不仅有均匀的整体温升温降,也有沿横桥向和主梁竖向的不均匀分布。桥梁结构温度的变化和不均匀分布将导致结构热胀冷缩,使得结构发生位移或形变,当这种位移或形变受到约束时,将在结构中产生较大的次内力和温度次应力。在某些不利条件下,结构某些部位产生的温度次应力可能大于车辆或其他活载产生的应力。桥梁设计如忽略或未能正确估计温度荷载效应可能会导致桥梁损坏甚至发生倒塌。为研究太阳辐射下闭口钢箱梁的竖向温度梯度大小和分布特征,首先比较了国内外四个主要规范对主梁或钢箱梁竖向温度梯度的规定,其中,仅欧洲规范1明确规定了钢箱梁的竖向温度梯度模式。然后以长沙湘江三汊矶大桥钢箱梁内的温度实测为研究对象,通过在钢箱梁同一个横隔板上横桥向布设两个温度测试断面,在夏季强太阳辐射和高环境温度的天气条件下,对两个断面上的测点温度进行了多次测量,获得了24 h内铺装层顶面、钢箱梁面板、箱内空气、钢箱底板和环境温度,分析了横隔板上不同测点的竖向温度随时间的变化规律。研究表明:在高温天气和强烈太阳辐射作用下,铺装层顶面、钢箱梁顶板、箱内空气、钢箱底板和环境温度表现出相同的变化趋势;太阳辐射使得桥面铺装快速升温并在14:00左右达到最大值;钢箱梁面板温度在16:00左右达到最高值;面板和底板在14:00—18:00之间存在较大的温差,记录的最大正温差在14:30左右达到最大值(16.8℃);竖向正温度梯度分布为非线性,观测到的梁顶正温差大,但其负温差明显偏小。基于获得的顶底板最大温差,采用四折线拟合了横隔板竖向温度梯度,5个参考点离开顶板的距离分别是0,100,300,650 mm和梁高h,对应的5个温度梯度值分别是ΔT_(1)=17℃、ΔT_(2)=13℃、ΔT_(3)=8℃、ΔT_(4)=4.5℃和0℃。研究表明,欧洲规范1的四折线模式能用于描述该钢桥钢箱梁竖向温度梯度。