【CN109613010A】正交异性钢桥面板疲劳裂纹检测系统【专利】

专利名称：一种正交异性钢桥面板结构专利类型：发明专利
发明人：朋茜,狄谨,周绪红,秦凤江
申请号：CN201710293501.7
申请日：20170428
公开号：CN107938510A
公开日：
20180420
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：发明提供一种正交异性钢桥面板结构。

该面板结构包括顶板、L形纵肋和底板。

L形纵肋与底板组成栓焊开合式纵肋，采用双面焊接方式与顶板连接，可以有效避免单侧部分熔透焊中未熔合部分自身形成的天然初始裂纹，改善桥面板在使用过程中由于应力集中容易产生疲劳裂纹的问题。

开合式纵肋综合开口肋和闭口肋的优点，不仅容易施焊，抗疲劳性能好，抗弯、抗扭刚度大，而且便于维修加固，在钢结构与组合结构桥梁工程领域中具有广阔的应用前景。

申请人：重庆大学
地址：400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号
国籍：CN
代理机构：重庆大学专利中心
代理人：王翔
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专利名称：一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹智能监测装置及方法
专利类型：发明专利
发明人：程斌,石林泽,向升,李得睿
申请号：CN202010793859.8
申请日：20200810
公开号：CN112098513A
公开日：
20201218
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹智能监测装置及方法，包括：数据传输模块，用于接收计算机终端发出的监测指令与发送导波信号；压电导波激励器，接收由数据传输模块发送的监测指令，并将监测指令转化成导波信号通过单向和/或双向沿待测钢桥面板纵向传播，导波信号实时采集待测钢桥面板的疲劳裂纹特征；压电导波接收器，接收压电导波激励器所激励的且带裂纹特征的导波信号，并将接收的导波信号中裂纹信息通过数据传输模块传送至计算机终端。

本发明利用导波信号纵向传播实现钢桥面板各疲劳裂纹特征实时采集，实现钢桥面板疲劳裂纹实时智能监测；制作简单，使用方便，精度较高。

申请人：上海交通大学
地址：200240 上海市闵行区东川路800号
国籍：CN
代理机构：上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
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正交异性钢桥面板疲劳裂纹图像巡检测量系统研究目录1. 内容概述 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 技术现状 (4)1.3 研究意义 (5)1.4 工作内容与研究目标 (6)1.5 文献综述 (7)2. 系统设计与实现 (9)2.1 系统的总体设计 (10)2.2 图像采集系统设计 (11)2.3 图像处理算法 (12)2.4 疲劳裂纹特征提取 (14)2.5 疲劳裂纹检测与识别 (15)2.6 数据处理与分析 (16)2.7 系统实现与调试 (17)3. 疲劳裂纹图像特征分析 (18)3.1 疲劳裂纹的基本特征 (20)3.2 疲劳裂纹图像的纹理特征 (21)3.3 疲劳裂纹图像的空间分布特征 (22)4. 系统评价与测试 (23)4.1 测试样本与环境设定 (24)4.2 性能评价指标 (25)4.3 系统测试分析 (26)4.4 测试结果讨论 (27)5. 实验研究与应用实例 (28)5.1 实验设计与数据分析 (30)5.2 应用实例分析 (31)5.3 技术实现与优化 (32)6. 结论与展望 (33)6.1 研究成果总结 (35)6.2 存在的不足与改进建议 (36)6.3 未来的研究方向 (37)1. 内容概述本研究旨在开发一套基于图像巡检的疲劳裂纹检测系统，专门针对正交异性钢桥面板中的裂纹进行识别和评估。

桥梁作为基础交通设施的重要组成部分，其安全运行直接关系到社会的正常运作和经济的发展。

正交异性钢桥面板因其大跨度、高负载的特性，在长期使用过程中会面临各种形式的破坏，尤其是由于疲劳裂纹导致的结构损伤，对桥梁的承载能力和安全性构成了严重威胁。

本研究首先将介绍正交异性钢桥面板的材料特性、疲劳裂纹的形成机理以及裂纹发展的主要影响因素。

将重点讨论现有裂纹检测技术面临的挑战，包括检测盲区、复杂工作环境以及操作人员的技能依赖性等问题。

为解决这些难题，本研究将提出并实现一种基于图像技术的疲劳裂纹巡检测量方法。

第51卷第7期2020年7月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University(Science and Technology)V ol.51No.7Jul.2020正交异性钢桥面板的疲劳裂纹扩展规律汪珍，王莹(东南大学江苏省工程力学分析重点实验室，江苏南京，211189)摘要：为了研究正交异性钢桥面板U肋−横隔板的连接部位的疲劳问题，基于扩展有限元方法分析典型疲劳裂纹的扩展机理，并引入U肋−横隔板焊缝的残余应力，分析残余应力对疲劳裂纹扩展的影响。

研究结果表明：萌生于横隔板开孔处的疲劳裂纹未考虑残余应力时不会扩展，加入残余应力后会改变裂纹的应力状态，裂尖应力可以驱动横隔板开孔处的裂纹扩展，裂纹扩展类型为Ⅰ型裂纹；萌生于U肋焊趾处的疲劳裂纹为Ⅰ型主导的Ⅰ−Ⅱ−Ⅲ复合型裂纹，残余应力会影响裂纹扩展角度；对于萌生于横隔板焊趾处的裂纹，相比于不考虑残余应力的情况，考虑残余应力的裂纹扩展规律与实桥开裂规律相符，说明对于焊缝疲劳裂纹，在疲劳评估时应考虑焊接过程中残余应力对评估结果的影响。

关键词：正交异性钢桥面板；扩展有限元法；疲劳裂纹；残余应力；应变能释放率中图分类号：U441.4文献标志码：A文章编号：1672-7207（2020）07-1873-10Analysis of fatigue crack propagation on orthotropic steel bridgedeckWANG Zhen,WANG Ying(Jiangsu Key Laboratory of Engineering Mechanics,Southeast University,Nanjing211189,China)Abstract:In order to study the fatigue problem of the welded joint of U-rib-to-diaphragm in orthotropic steel bridge deck,the propagation mechanism of the typical fatigue crack was analyzed based on the extended finite element method,and the residual stress of the U-rib-to-diaphragm weld was introduced to qualitatively analyze the impact of the residual stress on the fatigue crack propagation.The results show that fatigue crack initiating from free edge of cutout in the diaphragm can not propagate without residual stress,and the stress state of crack details will be changed when residual stress is added,then the stress of crack tip can drive the crack at the cutout in the diaphragm to grow,and the crack extension type is modeⅠcrack;fatigue crack initiating from U-rib weld toe is modeⅠdominant with modeⅠ-Ⅱ-Ⅲ,and residual stress can affect the crack propagation angle.For cracks arising at the toe of diaphragm welding,compared with the case without residual stress,the crack propagation rule of residual stress is more consistent with the test results,which indirectly indicates that the impact of residual stress on the evaluation results of welding seam fatigue crack should be considered in the fatigue evaluation of welding DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2020.07.013收稿日期：2019−09−06；修回日期：2019−11−06基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51678135)；江苏省自然科学基金资助项目(BK20171350)(Project (51678135)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(BK20171350)supported by the Natural Science Foundation of Jiangsu Province)通信作者：王莹，博士，副教授，从事结构健康监测、状态评估、疲劳、损伤与断裂研究；E-mail：**********************.cn第51卷中南大学学报(自然科学版)seam.Key words:orthotropic bridge deck;extended finite element method;fatigue crack;residual stress;strain energy release rate正交异性钢桥面板作为大跨钢桥首选的桥面板结构形式，被广泛应用于现代桥梁结构。

正交异性钢桥面板顶板纵向疲劳开裂有限元分析朱丽【摘要】本文研究了钢箱梁正交异性桥面板顶板,分析了正交异性钢桥面板顶板与U型纵肋连接处的受力特征.车轮荷载在顶板处产生较大的局部面外弯曲应力,而焊接部位有初始损伤,且存在较大的应力集中,因此顶板纵肋连接处易出现纵向疲劳开裂.因此,使用ABAQUS有限元软件建立正交异性钢桥面板的整体数值计算模型,并分析了其受力特征.【期刊名称】《河南科技》【年(卷),期】2019(000)007【总页数】2页(P132-133)【关键词】正交异性钢桥面板;疲劳开裂;有限元【作者】朱丽【作者单位】广东省南粤交通龙怀高速公路管理中心,广东广州 510030【正文语种】中文【中图分类】U441.4正交异性钢桥面板直接承受车轮荷载的作用，具有较短的影响线，且焊接连接较多，存在焊接残余应力和应力集中，易产生疲劳开裂。

正交异性钢桥面板的疲劳开裂会引起铺装病害，影响行车的舒适度和安全性。

如果放任疲劳裂缝发展，则可能危及结构的安全［1］。

顶板的开裂有两种形式，一种是从焊根处萌生，另一种是从焊趾处萌生。

本文采用有限元的方式分析正交异性钢桥面板顶板纵肋连接处的应力［2］。

具体地，以某桥钢箱梁正交异性桥面板顶板为研究对象，钢主梁采用Q345QD钢材，纵肋为U型肋，面板厚度16mm，U型肋厚8mm，高300mm，顶板处宽300mm，U型肋之间中心间距600mm。

1 有限元应力分析1.1 有限元模型使用ABAQUS有限元软件建立顶板模型，如图1所示。

采用4节点减缩积分单元，模型网格最小尺寸为25mm×25mm，设在中间位置；其余部位的网格尺寸适当放大，以减小模型，加快计算速度。

考虑纵向未建模部分对顶板的约束作用，顶板纵向边缘约束竖向位移。

横隔板两端约束竖向和横桥向的位移，以及绕竖向和绕纵桥向的扭转约束。

节段两端的顶板约束纵桥向的位移，以及绕横桥向和绕竖向的扭转约束。

图1 正交异性钢桥面板有限元模型荷载采用公路Ⅰ级车辆荷载标准值，考虑冲击系数为0.05。

正交异性钢桥面板工地接头的疲劳性能研究随着城市快速发展和交通运输需求的增加，桥梁作为城市交通的重要组成部分，承担着巨大的负荷。

而桥面板作为桥梁的承载面，对桥梁的正常运行起着至关重要的作用。

然而，在桥梁使用过程中，桥面板的连接接头往往是容易出现疲劳破坏的部位。

正交异性钢桥面板是一种常用的桥梁结构形式，其接头的疲劳性能对桥梁的安全运行具有重要影响。

因此，对正交异性钢桥面板工地接头的疲劳性能进行研究，对于提高桥梁的使用寿命和安全性具有重要意义。

首先，该研究通过采集实际工地接头的疲劳损伤数据，分析了接头的疲劳破坏模式和破坏机制。

结果表明，工地接头的疲劳破坏主要集中在焊接缺陷和应力集中区域，而接头内部的细微裂纹是导致破坏的主要原因。

接着，研究团队设计了一套正交异性钢桥面板工地接头的疲劳性能试验方案，采用载荷循环加载的方法对接头进行疲劳试验。

通过对试验结果的分析，发现接头的疲劳寿命受到多种因素的影响，包括焊接质量、应力集中系数和荷载水平等。

同时，还发现了接头的疲劳寿命与材料的强度特性之间存在一定的相关性。

最后，研究团队提出了一些改进措施，以提高正交异性钢桥面板工地接头的疲劳性能。

其中包括优化焊接工艺，提高焊接质量；增加接头的强度，减小应力集中系数；合理设计桥梁荷载，减小接头受力。

通过这些改进措施，能够有效延长接头的使用寿命，提高桥梁的安全性和可靠性。

综上所述，正交异性钢桥面板工地接头的疲劳性能研究对于桥梁的安全运行具有重要意义。

通过分析疲劳破坏模式和机制，进行疲劳试验以及提出改进措施，可以有效提高接头的使用寿命和安全性。

相信随着该研究的深入，正交异性钢桥面板工地接头的疲劳性能将得到进一步提升，为城市交通运输的发展提供更可靠的支撑。

基于深度学习的正交异性钢桥面板疲劳裂纹智能识别方法研究王亚飞;杨浩哲;勾红叶;华辉;许钊源【期刊名称】《桥梁建设》【年(卷),期】2024(54)1【摘要】为提高正交异性钢桥面板疲劳裂纹的识别效果,基于深度学习方法,进行正交异性钢桥面板疲劳裂纹识别方法研究。

制作疲劳裂纹试件,通过室内检测采集检测结果图像建立数据集,结合图像预处理改进数据集中图像;基于单一回归目标检测(You Only Look Once,YOLO)系列中的YOLOv5s图像识别算法,引入轻量级卷积注意力机制(Convolutional Block Attention Module,CBAM),建立疲劳裂纹超声相控阵检测图像的智能识别方法;将该方法应用于超声波相控阵检测结果判读。

结果表明:结合限制性对比度直方图均衡(Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization,CLAHE)算法与自适应中值滤波的图片预处理方法较为适合超声相控阵检测图像的图片预处理;通过引入CBAM改进图像识别算法,图像识别的精确度相较改进前提升1.28%,达到98.74%;建立的YOLOv5s-CBAM图像识别算法能够准确地框选疲劳裂纹区域,对四类常见疲劳裂纹类型的识别置信度达到0.91,对其它裂纹类型的识别置信度达到0.85,在室内环境下能够满足疲劳裂纹的智能检测需求。

【总页数】7页(P68-74)【作者】王亚飞;杨浩哲;勾红叶;华辉;许钊源【作者单位】桥梁智能与绿色建造全国重点实验室;西南交通大学土木工程学院【正文语种】中文【中图分类】U443.32;U446【相关文献】1.正交异性钢桥面板疲劳裂纹扩展机理及数值模拟研究2.公路钢桥正交异性钢桥面板抗疲劳设计研究3.基于非齐次复合Poisson过程的正交异性钢桥面板细节疲劳裂纹随机扩展研究4.基于Lamb导波深度学习的钢桥面板疲劳裂纹智能监测研究5.基于等效疲劳车的正交异性钢桥面板疲劳寿命评估研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。