高強度鋼橋面板疲勞損傷機理及熱點應力評價方法研究

《高強度鋼橋面板疲勞損傷機理及熱點應力評價方法研究》是依託河海大學，由吉伯海擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高強度鋼橋面板疲勞損傷機理及熱點應力評價方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吉伯海
• 依託單位：河海大學

項目摘要

我國大跨徑纜索承重橋樑建設規模已處於世界前列。隨著服役年限增長，該類橋樑運營安全與維護成為橋樑工程領域備受關注的重大課題，其中鋼橋面板疲勞損傷是該領域亟待解決的核心難題。高強度鋼橋面板結構性能優越、套用前景廣闊，但疲勞損傷機理與普通鋼橋面板差異明顯。本項目引入疲勞研究前沿熱點應力理論，研究其疲勞損傷機理與評價方法。.項目擬採用新型振動型疲勞試驗機，進行多軸應力狀態下高強度鋼橋面板焊接接頭疲勞試驗，研究其疲勞損傷機理及疲勞強度；建立考慮焊趾殘餘應力轉移與釋放特點的焊接接頭多軸疲勞損傷臨界面與損傷參量；提出考慮殘餘應力重分布與多軸應力狀態的疲勞受力模型與熱點應力計算式，建立高強度鋼橋面板疲勞的熱點應力評價方法。在此基礎上，提出高強度鋼橋面板抗疲勞焊縫處理措施及構造設計參數。.本項目預期研究成果將進一步完善高強度鋼橋面板疲勞設計理論，對於提高其運營安全性、延長服役壽命具有重要的科學意義。

結題摘要

我國大跨徑纜索承重橋樑建設規模已處於世界前列。隨著服役年限增長，此類橋樑的運營安全與管養維護已成為橋樑工程領域備受關注的重大課題，其中鋼橋面板的疲勞損傷是該領域亟待解決的核心技術難以之一。高強度鋼橋面板結構性能優越、套用前景廣闊，但其疲勞損傷機理與普通鋼橋面板存在較大差異。國內外針對普通強度鋼橋面板已經開展了大量的研究工作，建立了對應的評價方法，對其疲勞性能有較好的認識，但仍有很多問題尚未解決，尤其針對高強度鋼橋面板研究較少。鋼橋面板疲勞損傷機理及評價方法還有待進一步研究。本研究對鋼橋面板典型疲勞損傷細節進行疲勞試驗研究，包含頂板與豎向加勁肋、頂板與U肋、橫隔板與U肋等細節，尤其是考慮了鋼材的強度變化。首先，採用倒模、盲孔法等測試手段，分析了高強度鋼橋面板不同焊接接頭的幾何特徵、殘餘應力分布等初始缺陷及其對疲勞性能的影響。項目開展了單軸和多軸比例載入的疲勞試驗研究，獲得了鋼橋面板典型構造細節的疲勞強度以及單軸和多軸在疲勞性能、疲勞壽命等方面的差異，揭示了鋼橋面板多軸疲勞強度損傷的規律和原因。其次，將熱點應力計算方法納入到鋼橋面板疲勞評估中，對單元尺寸、單元類型、計算方法等因素進行了對比分析，建立了基於熱點應力的鋼橋面板疲勞評估的有限元模型建模和分析方法，並結合疲勞試驗結果評估了鋼橋面板典型疲勞損傷細節的熱點應力疲勞強度，給出了初步的建議值，初步建立了適用於頂板U肋焊縫多軸比例與非比例載入的疲勞評估理論。最後，結合鋼橋面板焊縫初始缺陷的研究，提出了適用於高強度鋼橋面板焊縫抗疲勞的具體措施，形成了氣動錘擊、焊趾磨削為主的抗疲勞措施和工藝。對鋼橋面板構造的合理最佳化設計進行了分析，獲得了不同構造特徵下的熱點應力大小。研究形成了具有自主智慧財產權、符合我國鋼橋材料和焊接工藝的成果，積累了豐富的鋼橋疲勞試驗方面的經驗，可為高強度鋼橋面板的抗疲勞設計、運營階段的疲勞維護提供重要的理論指導。