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正交异性钢桥面板日照温度梯度效应研究桥梁结构受日照温度梯度效应的影响越来越受到工程界的关注。
我国最新颁布的《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)虽然给出了一种竖向温度梯度模式,然而我国幅员辽阔,桥梁结构形式各异,日照引起的温度效应在不同地区和不同形式结构上的分布和作用存在差异。
正交异性钢桥面板以其特有的经济和结构优势越来越多地应用于桥梁建设中。
但钢材导热性能强,梯度温度场分布对正交异性钢桥面板受力可能会有显著影响。
本文以湘江三汉矶大桥为工程背景,对正交异性板钢桥日照温度场和温度梯度效应进行研究。
本文主要内容和结论如下:(1)介绍了影响桥梁温度场的主要因素、传热学以及温度应力分析理论,并推导了有限元分析温度场方程。
(2)在夏季高温条件下对钢箱梁桥开展了 24小时温度实测,系统分析了日照作用下正交异性板钢箱梁面板、底板以及风嘴处上下斜腹板温度的分布特征和变化规律,并分析了U肋、风嘴处上下斜腹板和钢箱梁横隔板竖向温度梯度变化规律。
依据实测数据,采用线性函数和指数函数对钢箱梁日照竖向温度梯度进行了拟合。
研究表明:日照条件下,钢箱梁内存在明显的“箱室效应”,U肋温度梯度变化率大于横隔板温度梯度变化率,需采用分段函数拟合钢箱梁竖向温度梯度。
(3)将实测温度数据作为有限元分析的边界条件,建立了正交异性钢桥面板有限元分析模型并开展了温度场分析,获得了不同时刻温度场分布,并将弧形切口周围现场实测值与计算值进行了对比。
表明有限元方法和温度场计算假定的合理性。
(4)根据温度场分析结果,采用有限元方法获得了日照梯度温度场下正交异性钢桥面板温度应力大小,结果表明在正交异性钢桥面板部分构造细节处存在较大的温度应力,最大温度应力位于U 肋和横隔板连接焊缝最下端。
结果表明,梯度温度场对桥梁结构影响不容忽视,在研究、设计和施工中应当关注。
钢箱梁桥面板第二体系挠度及应力的计算分析摘要：钢桥面板作为正交异性桥面板，不仅直接承受车轮荷载作用，而且作为主梁的一部分参与主梁共同受力，其力学行为十分复杂。
本文以某钢箱梁第二体系为研究对象，采用Midas-FEA NX实体仿真有限元软件建模，分别对比I截面加劲肋、梯形截面（U肋）加劲肋在不同加载位置时，钢箱梁桥面板第二体系应力及相对挠度的大小，从而得出钢箱梁桥面板第二体系计算中最不利的加载位置，为类似设计、计算提供参考。
关键词：钢箱梁第二体系应力正交异性桥面板0前言钢箱梁桥具有抗拉强度高、弹性模量高、材料利用率高、自重小、跨越能力强、施工工期短；工厂制作、现场安装质量可以保证；韧性、延性好，抗震性能好；材料能耗低、污染少，且可回收利用；钢桥整体受力性能好，拆除方便，对变宽、小半径桥梁适应能力强，在国内外工程中被广泛使用。
钢箱梁桥面板计算分析方法有两种。
一种是整体计算法，该方法采用有限元软件把所有结构建立出来，此方法比较接近实际受力，但建模过于复杂，对计算机要求较高，分析耗时较长，对于跨度大、桥梁宽、结构复杂的桥梁甚至达不到计算的程度。
另一种是叠加计算法，此方法是将钢箱梁三个结构体系分别进行计算，然后叠加近似求出结果。
钢箱梁各部件之间的传力比较明确，采用叠加计算法比较经济、快捷，本项目采用叠加计算法。
桥面板纵向加劲肋有I、L、T、梯形截面（U肋）、V、U等截面形状，L形截面、T形截面、U形截面工厂焊接量大，工地连接比较困难，V形截面受力较差，很少使用。
本文选用常用的I形截面和梯形截面（U肋）加劲板分别计算分析在不同加载位置时，钢桥面板在第二体系计算中最不利加载位置，为类似设计提供参考。
1桥梁概况某高速公路钢箱梁桥跨径为44+80+50m，平面位于圆曲线上。
桥梁按左右双幅布置，桥梁全宽度为25.2m，单幅桥宽为12.25m。
本桥采用双向六车道，桥梁设计荷载采用公路-Ⅰ级。
桥面铺装为10cm厚改性沥青混凝土，调平层为10cm 厚C50钢纤维防水混凝土，钢箱梁采用Q345qD钢材。
目录第4 章虎门大桥正交异性钢桥面板疲劳问题研究 (2)4.1 绪论 (2)4.1.1 正交异性钢桥面板的发展概况 (2)4.1.2 正交异性钢桥面板的疲劳细节 (9)4.2 虎门大桥疲劳裂纹现状及成因 (18)4.2.1 虎门大桥疲劳裂纹现状 (18)4.2.2 虎门大桥疲劳裂纹的成因分析 (22)4.3 正交异性钢桥面板局部应力分析 (28)4.3.1 有限元分析模型 (28)4.3.2 单轮荷载作用下桥面板应力分布 (30)4.3.3 跨中加载时横隔板处应力分析 (33)4.3.4 轮压荷载接触面积的影响分析 (33)4.3.5 双轴作用下桥面板应力分布 (34)4.3.6 结论 (35)4.4 正交异性钢桥面疲劳裂纹加固方法研究 (36)4.4.1 桥面疲劳裂缝的位置和形式 (36)4.4.2桥面疲劳裂纹加固的方法 (37)4.4.3实际加固案例 (39)4.4.4结论 (43)4.5 正交异性钢桥面板构造细节疲劳强度的研究 (44)4.5.1 概述 (44)4.5.2 焊接连接的疲劳评估 (45)5.5.3 欧洲规范3有关疲劳强度规定 (47)4.5.4 肋板与桥面板的焊接连接的疲劳试验研究 (52)4.5.5 肋板与桥面板的焊接连接的试验数据统计分析 (61)4.5.6 结论 (65)4.6 小结 (65)参考文献 (66)第 4 章虎门大桥正交异性钢桥面板疲劳问题研究4.1 绪论4.1.1 正交异性钢桥面板的发展概况由于二战以后，德国钢材短缺，为节省材料，德国工程师建桥时采用了正交异性钢桥面板。
早在1934年，Leonhardt教授就对此类桥面板进行了试验，并开发了相关的计算分析方法。
正交异性钢桥面板采用钢板下设纵横肋，上设铺装层作为桥面，纵肋有开口和闭口两种形式，如图4.1-1所示。
正交异性钢桥面板在现代钢桥中被广泛应用。
图4.1-1 正交异性钢桥面板示意1) 正交异性钢桥面板的优点：正交异性钢桥面板具有：(1) 自重轻，（2）可作为主梁的一部分参与共同受力；(3) 极限承载力大；（3）适用范围广等优点。
正交异性钢桥面结构装配偏差影响分析及对策研究近年来,正交异性钢桥面板凭借其特殊的结构,在大跨度桥梁中的应用越来越普及。
然而,正交异性钢桥面结构在其现场装配过程中不可避免地会出现错边变形,在错口处产生应力集中,加剧钢桥面板的疲劳。
本文将对正交异性钢桥面结构存在装配偏差时疲劳性能进行探讨并对疲劳寿命进行研究。
为避免由于装配偏差产生过大应力集中现象,本文还将开展相应对策的研究来减小局部应力。
本文不仅具有非常现实的工程背景,而且有着重要的理论意义和实用价值,主要工作如下:1.阐述了正交异性钢桥面结构的研究现状,回顾了钢桥面板的疲劳理论,归纳了钢桥面板抗疲劳设计方法,介绍了现有的疲劳寿命评估方法,总结了应力集中系数的概念和应力集中对疲劳强度的影响。
2.针对正交异性钢桥面结构疲劳关注点开展应力历程分析,找出各关注点最不利加载位置;借助ANSYS子模型技术,建立顶板纵缝错台实体模型,对3种不同的错台宽度分别采用5种不同的坡度进行焊接,研究关注点处应力变化规律,基于S-N曲线探讨错台宽度和坡度对顶板疲劳寿命的影响;对顶板横缝错台采用直接对接的形式,分析对顶板疲劳寿命的影响。
3.借助ANSYS子模型技术,建立U肋装配偏差实体模型,探讨U肋装配偏差宽度对U肋底部和拐角处关注点应力和疲劳寿命的影响;对U肋与桥面板连接处进行网格尺寸讨论,确定最优网格化分尺寸,在最优网格尺寸条件下,研究U肋对接偏差宽度对关注点应力的影响。
4.针对正交异性钢桥面板出现的装配偏差问题进行对策研究,对顶板装配偏差采用铺装MPC和粘贴CFRP材料两种方法进行加固,研究加固材料厚度对关注点应力的影响;对U肋装配偏差问题采用U肋内部填充
材料和加强顶板铺装两种方式进行加固,分别探讨材料弹性模量对关注点应力的影响。
正交异性钢桥面板疲劳性能与疲劳裂缝修复方法研究正交异性钢桥面板具有承载力高、自重轻、便于施工等优点,解决了桥梁结构自重、承重和跨径之间的矛盾,被广泛应用于大跨度桥梁中。
随着我国经济的发展,公路交通量的增加,桥梁承受的车辆作用次数越来越多,荷载也越来越大,正交异性钢桥面板桥梁出现疲劳开裂的现象频繁出现,不仅降低了桥面板的承载力,也缩短了桥梁的使用寿命,成为大跨度桥梁典型的问题。
U肋-顶板焊缝裂缝是正交异性钢桥面板常见的一种疲劳裂缝,目前对于这种疲劳裂缝的研究,多集中于单个小尺寸试件,但实际上桥面板疲劳开裂后应力发生重分布,开裂后小尺寸试件的疲劳性不能反映实际结构中桥面板U肋-顶板焊接处的疲劳性能。
另外,实际使用中出现疲劳裂缝的桥面板需要进行修复,目前的疲劳裂缝修复方法比较单一,缺乏多种方法组合进行修复的研究。
因此,深入开展正交异性钢桥面板疲劳性能及疲劳裂缝修复方法的研究具有重要意义。
本文结合国家基础性项目(973项目)“特大跨桥梁安全性设计与评定的基础理论研究”的子课题“多因素作用下特大跨桥梁性能演化特征”(2015CB057703),开展了多尺寸(长度)正交异性钢桥面板疲劳性能与疲劳裂缝修复方法的研究。
本文主要研究内容和结论如下:(1)参照某桥桥面板尺寸制作了5组32个不同长度的疲劳试验试件,对试件进行有限元分析明确了荷载下试件的应力分布,确定了应变监测位置,制定了疲劳试验方案。
(2)对桥面板试件进行了疲劳试验,研究了试件疲劳裂缝扩展、刚度退化、疲劳寿命和断口形貌。
研究表明,试件疲劳裂缝的产生和扩展分4个阶段,即裂缝萌生、裂缝宏观扩展、裂缝贯穿板厚和疲劳断裂;随着疲劳加载次数的增加,试件刚度逐渐降低,当试件刚度退化率达0.1时,试件剩余寿命约为总疲劳寿命的20%;将疲劳试验结果与规范的S-N曲线比较,证明规范抗疲劳设计公式是保守的;根据试件长度建立了L-S-N曲线;试件疲劳断口均为平断口,分为疲劳源区、疲劳裂缝稳定扩展区和瞬时断裂区,开裂位置的应力幅越小则循环次数越多且瞬断区面积越小。
《相变和焊接顺序对正交异性钢桥面板焊接变形的影响研究》篇一一、引言正交异性钢桥面板作为一种重要的桥梁结构形式，其焊接变形问题一直是工程实践中关注的焦点。
焊接变形不仅影响桥梁的美观性，还可能对桥梁的结构安全性和使用寿命产生严重影响。
因此，研究相变和焊接顺序对正交异性钢桥面板焊接变形的影响，对于提高桥梁工程的质量和安全性具有重要意义。
二、相变与焊接变形的关系在正交异性钢桥面板的焊接过程中，材料的相变是一个重要的物理过程。
相变是指材料在加热或冷却过程中，由一种组织结构转变为另一种组织结构的现象。
在焊接过程中，由于局部高温和快速冷却，钢材会发生相变，从而影响其力学性能和焊接变形。
研究表明，相变对焊接变形的影响主要体现在以下几个方面：1. 相变引起的材料性能变化。
钢材在相变过程中，其力学性能会发生显著变化，如屈服强度、弹性模量等。
这些性能的变化会导致焊接过程中的应力分布发生变化，进而影响焊接变形。
2. 相变产生的残余应力。
在焊接过程中，由于局部高温和冷却速度的不同，会在钢材中产生残余应力。
这些残余应力在相变过程中会进一步发生变化，从而影响焊接变形的程度和方向。
三、焊接顺序对焊接变形的影响焊接顺序是正交异性钢桥面板焊接过程中的一个重要参数，它直接影响着焊接应力的分布和大小，从而影响焊接变形。
合理的焊接顺序可以有效地减小焊接变形，提高桥梁的施工质量。
焊接顺序对焊接变形的影响主要体现在以下几个方面：1. 焊缝的布置。
焊缝的布置应遵循一定的原则，如先焊短焊缝再焊长焊缝、先焊主要焊缝再焊次要焊缝等。
合理的焊缝布置可以减小焊接应力的集中，从而减小焊接变形。
2. 焊接方向。
在正交异性钢桥面板的焊接过程中，应遵循一定的焊接方向，如从中心向两侧、从下至上等。
合理的焊接方向可以有效地控制焊接应力的传递和分布，从而减小焊接变形。
3. 预热和后热处理。
在焊接前对钢材进行预热，以及在焊接后进行后热处理，可以降低钢材的冷却速度，减小相变引起的残余应力，从而减小焊接变形。
铁路钢桁架桥正交异性桥面板局部应力分析铁路钢桁架桥正交异性桥面板局部应力分析随着我国铁路交通的快速发展，铁路钢桁架桥作为常见的桥梁结构之一，在铁路桥梁建设中扮演着重要的角色。
其中，桥面板是铁路桥梁的重要组成部分，它承载着铁路列车的运行荷载。
然而，由于桥面板的正交异性，其局部应力分析成为了研究的焦点之一。
本文将对铁路钢桁架桥正交异性桥面板的局部应力进行详细分析。
首先，介绍铁路桥梁的结构形式。
铁路钢桁架桥一般由上承式钢桁架和下承式墩台构成，桥面板作为上承构件，位于钢桁架上方。
桥面板通常采用钢筋混凝土或预应力混凝土材料，具有较高的强度和刚性，能够承受列车荷载的作用。
桥面板的正交异性主要体现在材料的各向异性和结构的各向异性两个方面。
材料的各向异性是指材料在不同方向上具有不同的力学性能，例如纵向和横向的弹性模量、抗拉强度等。
结构的各向异性是指桥面板在不同位置上承受不同的荷载，从而产生不同的应力分布。
对于桥面板的正交异性，需要进行局部应力分析以保证桥梁的安全性能。
首先，通过数学模型建立桥面板的力学模型。
根据材料的各向异性特点，考虑桥面板在纵向和横向的受力情况，建立适当的数学方程。
然后，引入适当的边界条件和荷载条件，求解得到桥面板的应力分布。
在进行局部应力分析时，需要考虑以下因素。
首先是桥面板的形状和尺寸。
桥面板的形状一般为矩形，但也存在其他形状，如T形板、箱型板等。
桥面板的尺寸包括长度、宽度和厚度等。
其次是材料的力学性能。
桥面板的材料通常是钢筋混凝土或预应力混凝土，需要考虑材料的弹性模量、抗拉强度等参数。
再次是荷载的作用。
铁路桥梁承受列车的动荷载，需要对动荷载进行合理的模拟和计算。
通过对桥面板局部应力分析的研究，可以获得桥梁结构的应力分布情况，并进行合理的设计和优化。
例如，当发现桥面板某一局部区域的应力过大时，可以采取增大截面尺寸、增加受力钢筋等措施以提高结构的强度。
同时，还可以对桥面板的材料和结构进行优化，以提高材料的各向异性性能，减小局部应力集中。
１前言正交异性板，是由纵、横加劲肋和盖板共同承受荷载的桥面结构。
该结构最早始于二十世纪五十年代的德国，后来被很多国家广泛应用。
目前已成为世界上大、中跨度钢桥所普遍采用的一种桥面结构形式。
由于纵肋和横肋的刚度不同，所以在这两个主要方向的弹性性能也不同，故正交异性板除了具有桥面板和桥面系的作用外，还作为主梁的一部分发挥作用，它的盖板既形成纵肋、横肋的翼缘部分，同时又作为主梁的上翼缘部分共同受力。
因此在分析正交异性钢桥面板在荷载作用下的应力状态时，通常将上述盖板分成三种结构体系来研究。
第一体系：即主梁体系，由盖板及纵、横肋组成的正交异性板作为主梁上翼缘参与全桥受力。
第二体系：即桥面体系，由盖板及纵、横肋组成的结构，承受桥面车轮荷载。
第三体系，即盖板体系，指支承在纵、横加劲肋上的盖板，仅承受车轮局部荷载，并把荷载传递给纵、横加劲肋。
实际应用中，第二体系作为较接近板的实际受力状态，它的应力状态按正交异性板理论来计算。
２正交异性板构造作为桥面系重要组成部分的钢桥面板，其加工精度要求高，焊接工作量大。
它的构造优劣对整个桥梁的经济性影响很大。
钢桥面板的构造细节，必须根据每个桥梁的不同特点来决定，下面介绍钢桥面板的一些基本原则。
钢桥面的纵肋一般采用图１（ａ）所示的开口截面和图１（ｂ）闭口截面肋。
２．１开口截面纵肋开口截面纵肋的截面形式如图１（ａ）所示，开口截面纵肋在构造方面有如下优点：勘察、设计正交异性板设计尹书军正交异性板设计尹书军（铁道第四勘察设计院桥梁处武汉４３００６３）［摘要］以南京长江隧道工程右汊桥梁－独塔自锚式悬索桥为背景，介绍正交异性板的构造、受力特点和简要计算方法。
［关键词］正交异性板Ｐ－Ｅ法构造设计（ｂ）闭口截面（ａ）开口截面图１纵肋的种类铁道勘测与设计（１）与闭口截面相比，开口截面纵肋其截面形式简单，工厂制作和工地焊接都比较容易。
（２）易于按不同的截面内力来改变纵肋截面，因而纵肋截面可得到充分利用。
