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2024年  第24卷  第1期

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2024年第24卷第1期封面与目录
桥梁疲劳断裂和长寿命设计与运维序言
王春生
2024, 24(1): .
摘要(181) HTML (72) PDF (827KB) (86)
综述
国家自然科学基金委员会交通与运载工程学科2023年度管理工作综述
王之中, 余荣杰, 来飞, 郝威
摘要:

总结了国家自然科学基金委员会交通与运载工程学科2023年度基金项目的申请、受理、评审和资助情况,概述了学科有组织科研工作,解读了2024年度学科重点资助方向。围绕目标导向、和谐发展、交叉融通、服务未来的发展目标,学科继续强化“需求牵引、问题导向”,推进有组织科研工作,以学科建设带动领域发展。围绕国防安全与国家重大需求,凝练科学基金重大、重点类问题,为未来的科学基金竞争性重大类项目立项以及统筹基础研究和应用基础研究提供坚实基础。2024年度,学科对以下各领域开展优先资助,促进相关领域的发展:综合立体交通多网融合、600 km·h-1速度级高速磁浮系统、自动驾驶测评与验证、分布式电驱动车辆主动安全控制、可重构/可变构特种车辆、枢纽机场飞行区交通系统协同运行、超低温能源物质水路运输/管道输送、国家空域系统资源规划与协同运行、可重复使用空天往返运载系统等。

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2024, 24(1): 1-8. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.01.001
摘要(590) HTML (63) PDF (923KB) (185)
钢桥疲劳研究进展
王春生, 翟慕赛, 王雨竹
摘要:

系统归纳与剖析了钢桥疲劳研究新进展,总结了钢桥疲劳荷载、疲劳机理、抗疲劳设计方法、疲劳安全监测与评估、疲劳安全维护等方面的创新成果,探讨了钢桥建设与运维面临的技术挑战,展望了钢桥疲劳创新研究发展方向。研究结果表明:(1)已研发的与桥位处交通荷载特征、结构型式、设计使用年限匹配的车辆、列车、温度疲劳荷载模型,推进了长寿命桥梁抗疲劳设计理论的完善;(2)采用车辆-温度耦合疲劳应力的“冲浪”计算模型能够较好反映钢桥实际疲劳损伤度,温度与车辆耦合作用下的疲劳累积损伤度比仅考虑车辆作用时大10%~ 15%;(3)涌现了物理疲劳试验、数字疲劳试验和原位疲劳试验技术相融合的疲劳机理研究新范式,部分改变了传统疲劳认知,探明了畸变变形比、应力比对畸变疲劳行为与细节疲劳强度的影响规律,发现了实桥拉吊索服役大应力比条件下钢丝疲劳强度骤降现象,揭示了拉吊索钢丝强度等级由1 670 MPa提高到2 060 MPa时钢丝疲劳强度先增大、后下降的客观规律,明确了耐候钢桥细节腐蚀后疲劳强度并未下降的客观事实;(4)全桥多物理场、跨尺度和多概率疲劳孪生模型的构建已逐步实现,促进了数据原生、数据相生和虚实共生的钢桥疲劳元宇宙技术的诞生;(5)为解决钢桥细节带疲劳裂纹工作状态下的设计难题,需要把疲劳裂纹作为控制结构使用功能和安全的关键技术指标,采用损伤容限理论进行钢桥抗疲劳设计;(6)为突破裂纹感知和荷载获取的技术瓶颈,需将声发射、数字摄像/摄影、计算机视觉技术、深度学习等人工智能新技术深度融合,创建钢桥数字化疲劳荷载与损伤监测数据库,为钢桥疲劳机理、设计与评估方法研究提供完备信息;(7)为解决传统线性累积损伤评估模型无法对开裂细节疲劳寿命进行预测的技术难题,需构建基于数字孪生技术的钢桥数字疲劳评估模型,实现疲劳裂纹跨尺度、全程精准数字化描述,建立钢桥疲劳智能监测-孪生模拟-智能评估-智慧决策一体化数字疲劳评估平台;(8)冷维护技术能够对钢桥疲劳裂纹进行靶向、高效加固,且可实现对原结构零损伤或微损伤,能在不中断交通条件下实施,应用前景广阔;(9)针对钢桥疲劳损伤程度、性能提升与延寿目标需求,可灵活运用冷维护、热维护和冷-热混合维护技术,实现钢桥疲劳维护的强韧化、轻量化。

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2024, 24(1): 9-42. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.01.002
摘要(953) HTML (139) PDF (43633KB) (218)
桥梁工程中非接触位移测量技术研究综述
晏班夫, 欧阳康, 梁才
摘要:

系统总结了视觉测量、微波雷达与激光测振这3种非接触位移测量技术的测量方法、测量原理与工程应用影响因素,阐述了非接触位移测量技术在桥梁工程动位移测量、模态识别、索杆张力测试中的创新成果,探讨了非接触位移测量面临的关键挑战与后续研究发展方向。分析结果表明:非接触位移测量方法能够实时获取桥梁结构动位移、自振频率、模态振型等信息,测试精度受硬件、算法、测量距离和环境条件等多重因素影响;视觉测量技术易低成本实现面内多目标位移的实时测量,但对环境条件变化较为敏感,且一般应设置靶标,适用于短距离长期或远距离短期情形下的位移监测;微波雷达具有抗天气干扰能力强、测量距离远(可达2 km)、成本可接受、全天候全天时工作、可长期监测等特点,一般也需设置角反射器提高径向位移测试精度;激光测振技术具有微米级位移测量精度,且抗电磁干扰能力强,但难以实现远距离多点同步测量,穿透性较差,易受天气影响,且设备昂贵,适用于短期径向位移监测;应针对桥梁结构监测时长、测量距离、环境条件、单(多)点监测需求、测量精度要求等的不同,选用合适的非接触测量方法;未来可通过提高硬件系统性能提升远距离多点同步测试能力,发展各种自适应环境(光照、大气)扰动校正算法提高位移测试精度和可靠性,将视觉测量、微波雷达、激光测振等技术与加速度计、全站仪、GPS等测试手段进行多源信息融合,通过相互校准减少不确定性,提升不同环境条件下的测量稳健性,实现全天候三维测试。

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2024, 24(1): 43-67. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.01.003
摘要(736) HTML (162) PDF (16023KB) (146)
长寿命UHPFRC组合钢桥面板研究综述
段兰, 袁翊竑, 王春生, BRÜHWILER Eugen
摘要:

从三方面归纳与剖析了超高性能纤维增强水泥基(UHPFRC)复合材料组合钢桥面板的研究进展,包括强韧性组合层选材、界面传力机制与损伤累积机理、设计方法与工程应用;总结了纤维类型、纤维掺量对UHPFRC轴拉性能和抗弯性能的影响规律,确定了支撑组合钢桥面板结构分析的多种本构模型;对比分析了热连接、冷连接和混合连接组合界面设计方式的技术特点,归纳了胶粘界面、冷连接剪力键界面与混合连接界面的传力机理试验与理论研究成果;总结了基于冷连接设计理念的组合钢桥面板在合理构造、设计方法、规范规程与工程实践等方面的研究成果,并探讨了长寿命组合钢桥面板的创新与发展方向。研究结果表明:单一或混杂纤维的掺入综合提升了UHPFRC的应变强化能力、弯曲变形能力、抗断裂能力、裂缝宽度控制能力和抗疲劳性能,轴拉条件下UHPFRC三线型简化本构模型有力支撑了组合钢桥面板的设计计算,弹塑性损伤本构模型可描述不可逆疲劳损伤累积;验证了冷连接组合界面的增韧效果与可靠性,新型剪力键既可以提高组合效应,也能增韧UHPFRC层,混合连接界面具有降低界面局部应力集中、提高整体界面抗剪刚度、改善界面传力、提升施工效率等综合技术优势,内聚界面本构模型可实现冷连接界面损伤累积反演分析,界面损伤预测结果准确可靠;基于冷连接的UHPFRC组合钢桥面板可以有效提高钢桥面板的局部刚度,相关设计方法可支撑标准的编制与工程实践;应进一步提升UHPFRC的性价比和界面连接的高效性和可靠性,以支撑组合钢桥面板的长寿命、强韧性、轻量化、易维护、低能耗设计与建造。

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2024, 24(1): 68-84. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.01.004
摘要(651) HTML (73) PDF (17376KB) (116)
交通基础设施工程
在役钢桥面板纵肋与顶板焊根疲劳裂纹内焊加固方法
张清华, 李明哲, 李俊, 王昊, 高兴
摘要:

为实现纵肋与顶板焊根疲劳裂纹的有效加固,提出了能够满足在役钢桥面板加固需求的内焊加固方法,研发了自动化焊接机器人和相关关键装备;设计了4个试验模型对方法和装备的有效性和适用性进行研究,验证了纵肋与顶板焊根产生疲劳裂纹的开裂模式;使用所研发的专用焊接设备在纵肋内部进行焊接加固,进行了加固结构的疲劳破坏试验;对比了试验结果与有限元模拟结果,分析了加固后结构的疲劳性能,验证了内焊加固方法的有效性。研究结果表明:内焊加固方法能够将既有的焊根裂纹转化为内部缺陷,研发的装备能够实现原位加固,有效抑制疲劳裂纹的扩展,使已开裂焊接细节的疲劳寿命提高了66%~157%;由于各开裂模式具有不同程度疲劳损伤累积,加固后焊接细节会发生主导开裂模式迁移;对于包含多开裂模式的焊接细节,加固后的剩余疲劳寿命与各开裂模式的实际疲劳损伤累积程度以及加固方法对各开裂模式受力特性的扰动程度两方面的因素密切相关。

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2024, 24(1): 85-99. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.01.005
摘要(503) HTML (57) PDF (18202KB) (102)
钢管混凝土KK型节点疲劳性能试验
吴庆雄, 罗健平, 杨益伦, 陈康明, 缪承谕, 中村聖三
摘要:

为研究钢管混凝土KK(CFST-KK)型节点疲劳性能,开展了CFST-KK型节点模型疲劳试验,分析了CFST-KK型节点热点应力分布规律和疲劳性能演化过程;建立了CFST-KK型节点实体有限元模型,结合试验和有限元结果,分析了CFST-KK型节点与钢管混凝土K(CFST-K)型节点疲劳性能的差异性;研究了不同参数对KK型节点疲劳性能影响,探讨了适用于CFST-KK型节点疲劳寿命的评价方法。研究结果表明:采用二次外推方式计算的CFST-KK型节点,最大热点应力位于受拉支管相贯焊缝的主管侧冠点偏外鞍点15°处;计算CFST-KK型节点应力集中系数时,支管名义应力可仅考虑轴力和面内弯矩的影响而不考虑面外弯矩的影响,其应力集中系数为6.36,比CFST-K型节点大80.2%;CFST-KK型节点的疲劳裂纹萌生于最大热点应力处,在反复加载过程中裂纹沿焊趾根部向两侧与主管壁厚方向延伸,裂纹向外鞍点扩展的速度要略快于向内鞍点扩展的速度,停止反复加载后裂纹并未贯穿主管管壁;受支管面外弯矩与支管间空间效应的影响,CFST-KK型节点的抗疲劳性能与CFST-K型节点有明显差异;主管内填混凝土能提升CFST-KK型节点径向刚度,缓解应力集中情况;支管面外夹角增大会增大支管间空间效应的影响;考虑钢管内混凝土影响的CFST-K型节点的热力应力与疲劳寿命曲线在评价CFST-KK型节点疲劳寿命时具有良好的精度。

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2024, 24(1): 100-116. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.01.006
摘要(371) HTML (111) PDF (38809KB) (85)
氯盐环境下预损伤UHPC-HPC组合梁抗弯性能
梅葵花, 亢文波, 刘洋, 卢德利, 孙胜江, 韩方玉, 武彦池
摘要:

为了提高普通钢筋混凝土梁的耐久性,设计了一种超高性能混凝土(UHPC)-高性能混凝土(HPC)组合梁新型结构,开展了锈蚀后UHPC-HPC组合梁的抗弯性能试验,研究了氯盐侵蚀后组合梁抗弯承载力降低的机理,分析了腐蚀程度、截面形式与预损伤对其抗弯性能的影响;引入钢筋屈服强度折减系数、截面积折减系数与混凝土预损伤系数,提出了锈蚀后UHPC-HPC组合梁抗弯承载力计算方法,并验证了计算方法的可行性。分析结果表明:锈蚀后梁体抗弯承载力降低主要原因为钢筋抗拉强度下降,梁体刚度退化与韧性减弱,钢纤维阻裂效果削弱;锈蚀后UHPC-HPC组合梁的破坏表现为跨中附近出现1条主裂缝或加载点附近出现2条主裂缝;UHPC-HPC组合梁的受力过程分为线弹性、裂缝发展和屈服3个阶段,梁体截面混凝土应变基本符合平截面假定;侵蚀时间越长,组合梁的开裂荷载和承载力降低越大,通电快速侵蚀10 d时,降幅分别达16.2%和10.9%;锈蚀后T形梁比矩形梁开裂早,前者的开裂荷载比后者降低8.1%,后期刚度下降较快;预损伤显著影响梁的整体刚度,预加载后梁的整体刚度降低,混凝土损伤后的预损伤系数为0.984;锈蚀率越大,钢筋的屈服强度与截面积折减系数越小,变化趋势符合二次抛物线;锈蚀后UHPC-HPC组合梁抗弯承载力的计算值与实测值吻合良好,两者之比的平均值为0.998,标准差为0.020。

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2024, 24(1): 117-130. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.01.007
摘要(353) HTML (80) PDF (22717KB) (56)
钢桥面板U肋-盖板焊缝疲劳裂纹萌生仿真
赵秋, 唐琨, 李英豪, 邓俊逸
摘要:

为建立适用于钢桥面板U肋-盖板焊缝疲劳裂纹萌生分析方法,以Roe-Siegmund循环内聚力模型为基础,考虑混合加载模式下的内聚力参数转换,对ABAQUS进行二次开发,形成反映疲劳累计损伤的VUMAT子程序;通过试验数据获得了Q345钢材对应的焊接区域材料内聚力参数,基于Voronoi图法、焊接区域晶粒微观形态与力学特性建立了U肋-盖板焊缝焊趾处微观晶粒组织,并与宏观二维平面应变模型合并,模拟了多尺度疲劳裂纹萌生;结合等效结构应力法和线弹性断裂力学裂纹扩展理论,考虑初始缺陷形态和疲劳断裂临界标准反推了不同应力水平下的累积内聚力长度,进而得到疲劳裂纹萌生寿命的计算方法。分析结果表明:采用提出的方法模拟U肋-盖板焊缝焊趾裂纹萌生行为时,裂纹在焊趾处萌生并垂直于顶板表面进行扩展,形成了穿晶断裂模式,微观晶粒组织应力分布随裂纹萌生及短裂纹扩展而不断变化,且随着微观晶粒组织分布和力学特性的随机性变化,仿真结果中的短裂纹扩展路径细节与临界循环次数均不相同;反推得到的累积内聚力长度随初始缺陷形状比、长裂纹扩展临界深度、微观晶粒组织分布及其力学特性以及所处应力幅值的不同产生变化,考虑上述因素获取的累积内聚力长度-等效结构应力幅拟合曲线能够获取对应的裂纹萌生寿命。由此可知,建立的多尺度疲劳裂纹萌生仿真分析方法可为钢桥面板疲劳裂纹萌生寿命的获取提供新的解决路径。

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2024, 24(1): 131-145. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.01.008
摘要(223) HTML (49) PDF (10359KB) (54)
矩形截面型钢混凝土梁抗弯极限承载力
林上顺, 暨邦冲, 夏樟华, 刘君平, 林建凡, 赵锦冰
摘要:

采用JGJ 138—2016、СИ 3-78、YB 9082—2006、AISC 360-16、叶列平公式,计算了所收集的51个矩形截面型钢混凝土(SRC)梁试件的抗弯极限承载力,并将计算结果与试验值进行比较;分析了所收集试件的参数范围及现有计算方法出现计算误差的原因,讨论了现有计算方法在计算理论等方面存在的局限性,并进行理论推导,提出了矩形截面SRC梁抗弯极限承载力计算方法;采用所提出的计算方法,计算了所收集试件的抗弯极限承载力。分析结果表明:现有计算方法的计算值与试验值均存在一些偏差;СИ 3-78中的受压区高度取值不合理,且该方法的计算误差随混凝土强度提高而增大;JGJ 138—2016未考虑中性轴与型钢位置的相对关系对计算结果的影响,存在局限性;YB 9082—2006与AISC 360-16未考虑型钢与混凝土相互作用及型钢的布置方式等问题;叶列平公式计算结果较为保守;采用提出的抗弯极限承载力计算方法得到的计算值与试件试验值的比值均值为0.953,方差为0.015,计算值与试验值吻合较好;所收集SRC梁试件的含钢率为1.77%~5.77%,小于YB 9082—2006所建议的合理含钢率范围,因此,今后还需进一步开展高含钢率试件的补充试验,以便完善矩形截面SRC梁的抗弯极限承载力计算方法。

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2024, 24(1): 146-157. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.01.009
摘要(266) HTML (93) PDF (3817KB) (59)
基于Harris特征与NDT-ICP算法的钢箱拱预制件尺寸智检方法
王晓明, 邓璐, 史一哲, 张通, 袁通, 寇宇, 李晓, 刘宇轩
摘要:

针对桥梁建造时传统人工尺寸检测在面对海量桥梁预制件时效率低、成本高的难题,使采用地面激光扫描(TLS)技术的智能尺寸检测突破现有数据处理算法的精度与效率瓶颈,建立了基于建筑信息模型(BIM)-TLS的桥梁钢预制件尺寸智检框架,包含构件几何尺寸检测与数字预拼装2个环节;二次开发了BIM点云化处理技术,构建了参照点云模型,采用直通滤波、统计去噪(SOR)滤波、体素化网格(VG)处理等算法预处理点云数据,实现了基于k近邻(kNN)算法的尺寸检测指标评价;通过3D-Harris特征点检测、正态分布变换(NDT)粗配准与迭代最近点(ICP)精配准提出了基于Harris特征与NDT-ICP算法的快速配准尺寸智检策略,并结合工程需求应用于某大跨拱梁组合结构钢箱拱预制件尺寸智检中。研究结果表明:采用提出的智检方法对2个相邻节段钢箱拱进行尺寸检测的最大偏差分别为1.689和1.571 mm,均满足制造偏差(小于2 mm)要求;与传统NDT-ICP算法相比,该方法将点云整体配准精度提高了35.3%,效率提高了61.88%,可见该方法表现高效且结果准确,促进了钢预制件几何尺寸检测智能化;基于该方法的拱肋数字预拼装监测点最大检测拼装偏差为1.953 3 mm,符合拼装偏差(小于2 mm)要求,实现了精准偏差检测,为后续桥位顺利架设提供了良好保障,且为相似结构的尺寸检测提供了参考。

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2024, 24(1): 158-170. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.01.010
摘要(183) HTML (33) PDF (15210KB) (52)
基于CFRP布和SMA/CFRP组合贴片的桥梁横隔板疲劳裂纹修复方法
强旭红, 武亚鹏, 姜旭, 林志平
摘要:

为了解决长期服役状态下正交异性钢桥面板的横隔板弧形切口处在车致振动和反复轮压荷载作用下的疲劳开裂问题,提出了2种加固方法,即碳纤维增强复合材料(CFRP)布粘贴止裂孔法和通过激活形状记忆合金(SMA)引入预应力的SMA/CFRP组合贴片粘贴止裂孔法;对修复后的横隔板试件进行静力和疲劳加载试验,建立了相应的有限元模型对不同加固方法进行数值模拟和参数分析,对比了不同加固方法的修复效果。研究结果表明:在止裂孔的基础上粘贴CFRP布和SMA/CFRP组合贴片后,横隔板止裂孔边的应力相比单纯止裂孔修复时分别降低了12.46%和44.90%,横隔板的疲劳寿命分别为单纯止裂孔修复横隔板的2.57和5.07倍,2种方法可有效提高开裂区域的局部刚度,改善横隔板开裂局部的应力集中和疲劳受力性能;采用CFRP布粘贴修复时,增加CFRP布层数可以明显降低横隔板上的应力水平和应力集中程度,但为保证CFRP布和钢板间的黏结性能,实际应用中建议粘贴2~3层CFRP布为宜;采用SMA/CFRP组合贴片修复时,钢板上的应力集中程度随SMA丝激活应力的增加近似成线性下降,实际工程中可通过增大SMA丝的激活应力来有效提升修复效果。

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2024, 24(1): 171-184. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.01.011
摘要(143) HTML (31) PDF (36770KB) (49)
混凝土单箱多室箱梁温度梯度地域差异性
徐向锋, 马禄爱, 张峰, 张磊, 邬刚
摘要:

为确定不同地区混凝土单箱多室箱梁日照温差代表值,在西藏山南、陕西铜川与广西来宾分别建立了室外日照温度场试验模型,同时安装了大量温度传感器与气象采集器,通过现场实测数据总结了山南、铜川和来宾气象差异性;通过长期箱梁测试温度与逐时气象数据的逐步回归,提出了山南、铜川和来宾箱梁温差计算公式;调研了西藏6个地级市、陕西10个地级市和广西14个地级市1955—2016年的气象数据,并将气象日值数据分解为逐时气象数据用于温差计算,基于超阈值分布模型得到了3个地区重现期为50年的温度作用代表值,并绘制了温度作用分布地图。研究结果表明:箱梁模型实测的向阳侧边腹板竖向温差、中腹板竖向温差、顶板横向温差与底板横向温差从高到低依次为山南、铜川和来宾,说明受地理位置影响,中国不同地区的箱梁竖向温差和横向温差具有差异性;混凝土箱梁顶板向阳侧横向温差均高于底板,山南、铜川和来宾箱梁顶板向阳侧横向温差比底板分别高30.7%、23.2%和11.1%;西藏、陕西和广西的中腹板竖向温差地域差异性最大可达10.5 ℃,顶板横向温差地域差异性最大可达20.3 ℃,说明混凝土桥梁的日照作用具有明显的地域差异性。

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2024, 24(1): 185-201. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.01.012
摘要(168) HTML (35) PDF (27196KB) (43)
腐蚀-疲劳荷载耦合作用下桥梁拉索高强钢丝自漏磁信号变化规律
孟庆领, 杨家炳, 潘鹏超, 杨新磊, 王宝林, 宋金博
摘要:

为增强桥梁拉索高强钢丝漏磁检测的实用性,开展了腐蚀、应力单一因素作用试验与预腐蚀-疲劳-腐蚀、预疲劳-腐蚀-疲劳三阶段交互作用试验,阐述了腐蚀-疲劳耦合作用对自漏磁信号的影响机制。研究结果表明:腐蚀区域的自漏磁信号极值随腐蚀时间的增加而增加,且变化特征越发明显,腐蚀缺陷引起的异常自漏磁信号最大变化可达50 000 nT;随着疲劳加载循环次数的增加,无锈蚀高强钢丝自漏磁信号整体呈现先增加后稳定的趋势,当疲劳加载循环次数大于10 000时,磁场强度的增加速率降低且趋于平缓;预腐蚀后施加的交变应力场会削弱腐蚀缺陷引起的自漏磁信号,再次腐蚀后的磁场信号变化与预腐蚀程度有关,预腐蚀9 h后施加疲劳荷载,之后再腐蚀3 h,与单一腐蚀12 h相比,自漏磁信号强度削弱了32%;施加预疲劳交变应力场可强化磁场,导致腐蚀后自漏磁信号极值增加,当预疲劳加载循环次数从1 000增加至100 000时,自漏磁信号强度增大了30%。由此可见,早期腐蚀引起的高强钢丝异常自漏磁信号可被疲劳作用掩盖,考虑单一腐蚀与应力变化难以反映高强钢丝自漏磁检测效果,需综合考虑腐蚀-疲劳的耦合效应,以获得桥梁拉索高强钢丝自漏磁信号变化规律,从而为桥梁拉索无损检测提供分析依据。

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2024, 24(1): 202-217. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.01.013
摘要(198) HTML (37) PDF (14713KB) (47)
钢-ECC/UHPC组合梁负弯矩区力学性能研究
武芳文, 左剑, 樊州, 贺润斌, 刘壮壮, 何岚清
摘要:

为改善钢-混组合梁负弯矩区混凝土易开裂缺点,引入工程水泥基复合材料(ECC)和超高性能混凝土(UHPC)代替普通混凝土(NC)形成钢-ECC/UHPC组合梁,展开了1片钢-NC组合梁、1片钢-ECC组合梁和2片钢-UHPC组合梁的负弯矩区静力试验;结合有限元分析方法对比了不同类型混凝土的应变、裂缝扩展与分布特点,分析了混凝土类型和配筋对钢-混组合梁破坏形态、承载能力与变形能力影响规律。研究结果表明:钢-混组合梁在负弯矩作用下整体协同工作性能良好,破坏形态均为弯曲破坏;ECC和UHPC裂缝呈现纤细的特点,ECC尤为明显;与钢-NC组合梁相比,钢-ECC组合梁和钢-UHPC组合梁的开裂荷载分别提高了2.00和2.75倍,抗弯刚度分别提高了17.23%和35.73%,抗弯承载力分别提高了9.00%和6.81%,表明UHPC抗裂能力更强,可以有效改善钢-混组合梁负弯矩区桥面板抗裂性能,ECC与UHPC代替NC可以提高钢-混组合梁的抗弯刚度和承载力;配筋与无筋钢-UHPC组合梁的开裂荷载和前期刚度无显著差异,无筋钢-UHPC组合梁破坏时形成贯通裂缝,其承载力相比配筋钢-UHPC组合梁下降了13.39%;ECC强度增加,钢-ECC组合梁承载力提高较显著,UHPC强度变化对钢-UHPC组合梁承载力影响不明显;配筋率对钢-UHPC组合梁承载力影响可分为2个阶段,当配筋率小于1.6%时承载力显著增长,当超过1.6%时承载力增幅趋缓。

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2024, 24(1): 218-231. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.01.014
摘要(254) HTML (84) PDF (26024KB) (63)
锈蚀分布对斜拉索承载能力的作用效应
徐俊, 张志乐, 林志平
摘要:

为了提高斜拉索极限承载力评估的精度,考虑了斜拉索锈蚀损伤的影响,建立了锈蚀钢丝力学性能模型,模拟了完好与锈蚀钢丝的力学性能;以3种典型截面锈蚀分布模型模式和3种典型索长方向锈蚀分布模型类型的联合作用为前提,分析了斜拉索内不同位置处的锈蚀程度,研究了斜拉索的锈蚀分布规律;采用蒙特卡罗方法模拟了不同锈蚀程度下索内钢丝的力学性能,最终得到了索的极限承载力以及斜拉索达到极限承载力时的断丝数,统计分析了斜拉索极限承载力、断丝数、锈蚀深度以及截面锈蚀率之间的相关关系,分析了锈蚀分布规律的影响。分析结果表明:不同锈蚀分布条件下,锈蚀斜拉索达到极限承载力时的断丝数的样本均值相差可达到约3倍,而斜拉索极限承载力的样本均值变化可达到约20%;虽然锈蚀斜拉索达到极限承载力时的断丝数随着锈蚀程度增加而增加,但是断丝数与极限承载力间的相关性较差,在某些锈蚀分布条件下甚至仅为0.014;为了保证斜拉索的安全可靠性,不宜以断丝数作为评估索承载力的技术指标。

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2024, 24(1): 232-244. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.01.015
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基于疲劳可靠度的钢桥面板限载取值
翟慕赛, 钱佳宸, 褚乐, 陶怡然
摘要:

为确定钢桥面板限载的合理取值,建立钢桥面板多尺度有限元模型,利用动态称重(WIM)和Monte Carlo方法生成随机车流样本并进行有限元模型动态加载,通过雨流计数法获取钢桥面板随机疲劳应力谱,基于可靠度理论和疲劳累积损伤理论计算钢桥面板典型细节疲劳可靠度,提出基于疲劳可靠度的钢桥面板限载取值方法;以某跨海斜拉桥钢桥面板为例,基于连续12个月的WIM数据,分别对钢桥面板典型细节进行疲劳可靠性评估,考虑交通量和荷载水平的线性年增长系数,确定了不同交通状况下钢桥面板的限载取值。研究结果表明:当前交通状况下钢桥面板疲劳可靠度指标均高于目标疲劳可靠度指标;交通量和荷载水平对钢桥面板疲劳可靠度指标影响较大,考虑交通量线性年增长系数为2.0%或荷载线性年增长系数为0.4%时,钢桥面板部分细节在设计使用年限内疲劳可靠度指标低于目标疲劳可靠度指标;考虑交通量线性年增长系数为3.0%且荷载线性年增长系数为0.6%时,当前49.0 t限载条件下细节疲劳可靠度指标低于目标疲劳可靠度指标,设置限载为36.5 t时疲劳可靠度能够满足疲劳安全要求;当前荷载水平下行车道最大日均货车交通量为3 820 veh,运营过程中交通量增加显著时应加强钢桥面板疲劳损伤检测,必要时采取车辆分流或桥梁限载措施。

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2024, 24(1): 245-256. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2024.01.016
摘要(221) HTML (46) PDF (10264KB) (62)