考虑热切割残余应力的钢桥面横隔板疲劳损伤机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51878027
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0804.结构工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Thermal cutting has been adopted to improve the shape of the cutouts of the diaphragms in existing orthotropic steel decks. It is a reasonable maintenance technique that can relieve the stress concentration under vehicle loads and reduce the fatigue stress range. At the same time, the high-level residual stress caused by thermal cutting may rouse the risk of secondary fatigue cracking of cutouts of the diaphragms.. This project is aiming at this new problem. Focusing on thermal-cutting residual stress, the fatigue damage mechanism will be studied for the diaphragms of existing orthotropic steel decks. The main contents are as following. (1) The generating and coupling mechanism of thermal-cutting residual stress can be investigated based on component tests and numerical simulation. The distribution model of the thermal-cutting residual stress will be established for the fatigue analysis of diaphragm cutouts. (2) The initiation and propagation mechanism of fatigue cracks in diaphragm cutouts will be studied through fatigue tests. With considering the combined action of thermal-cutting residual stress field and vehicle-induced stress field, the fatigue analysis method will be proposed based on the total strain energy method of strain-based fatigue theory. (3) The reducing mechanism based on ultrasonic impact treatment will be studied for the thermal-cutting residual stress. Then, the fatigue tests, in which the reducing effects of the thermal-cutting residual stress is involved, will be carried out. At last, the fatigue life method will be presented for diaphragms of existing orthotropic steel decks. This program will provide knowledge to fatigue maintenance of existing orthotropic steel decks.
通过热切割对在役钢桥面横隔板弧形切口的形状进行改进,是缓解其在车辆荷载下的应力集中,减小疲劳应力幅的合理维护方法。然而,由此产生的高水平热切割残余应力使得横隔板弧形切口存在二次疲劳开裂的风险。. 本项目针对这一新问题,开展考虑热切割残余应力的钢桥面横隔板疲劳损伤机理研究,主要包括:(1)基于构件测试和数值模拟揭示热切割残余应力的产生与耦合机理,建立适用于横隔板弧形切口疲劳分析的热切割残余应力场分布模型;(2)通过疲劳试验研究横隔板弧形切口疲劳裂纹的萌生与扩展全过程机理,考虑热切割残余应力场和车载应力场的共同作用,基于应变疲劳理论中的总应变能法提出横隔板弧形切口的疲劳分析方法;(3)揭示基于超声波冲击的热切割残余应力场消减机理,进而开展热切割残余应力消减后的疲劳构件试验,建立在役钢桥面横隔板疲劳寿命预测方法。研究成果可为在役正交异性钢桥面疲劳维护提供科学依据。

结项摘要

早期对正交异性钢桥面疲劳损伤机理的认识不足,某些钢桥面横隔板弧形切口的形状设计不合理,应力集中严重,使得此处在服役短时间之后就出现大量疲劳裂纹,成为正交异性钢桥面疲劳开裂的重灾区,横隔板弧形切口的疲劳开裂机理与维护加固有待开展研究。本项目开展的主要研究和成果包括:(1)分析了横隔板-U肋焊接过程温度场及残余应力场,建立残余应力与车载应力叠加模型,提出了可考虑焊接残余应力的疲劳评估方法。明确了弧形切口的疲劳开裂机理,横隔板与U肋的焊接过程导致弧形切口边缘产生了高水平的残余拉应力,在残余拉应力与车载压应力的作用下,产生疲劳开裂。以某悬索桥钢箱梁为例,提出的疲劳评估方法可以准确计算弧形切口的疲劳寿命,计算疲劳寿命约为8年,和工程实际开裂寿命8-9年基本吻合。(2)针对横隔板弧形切口母材残余应力变化过程,提出了焊接-热切割-超声冲击处理全过程数值模拟流程,考虑U肋-横隔板焊接、横隔板弧形切口热切割与超声冲击处理弧形切口3个步骤,研究了残余应力场的变化规律。研究表明,U肋-横隔板焊接在弧形切口下起弧点产生残余拉应力,高达103MPa;横隔板热切割过程在弧形切口处产生的残余拉应力达340MPa;超声冲击处理后,残余应力峰值减小,超过屈服强度的塑性残余应力得到明显消减,可消减至25MPa。(3)提出了热切割优化弧形切口形状和冷贴加固板材的弧形切口综合疲劳维护方案,建立了某悬索桥钢箱梁的节段有限元模型,计算了弧形切口维护前后的车载应力响应,研究表明,该维护方式可以有效改善应力集中并降低弧形切口的车载压应力峰值。(4)针对正交异性钢桥面板顶板-U肋焊缝疲劳开裂问题,提出在顶板表面粘贴小尺寸增强板材的疲劳加固方法。采用碳纤维增强复合(CFRP)板和钢板2种疲劳加固板材,开展钢桥面局部区域足尺模型疲劳试验,研究表明:顶板表面粘贴4mm厚CFRP板和钢板,焊缝疲劳寿命分别提高87%和196%,双层4mm厚CFRP板叠层粘贴加固后,焊缝疲劳寿命理论上可提高4.9倍。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Simplified Simulation Method for Hysteretic Behavior of Wood Brackets
木支架迟滞行为的简化模拟方法
  • DOI:
    10.1061/(asce)cf.1943-5509.0001665
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    JOURNAL OF PERFORMANCE OF CONSTRUCTED FACILITIES
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Li Yuhang;Deng Yang;Li Aiqun
  • 通讯作者:
    Li Aiqun
Correlation model of deflection, vehicle load, and temperature for in‐service bridge using deep learning and structural health monitoring
使用深度学习和结构健康监测的在用桥梁挠度、车辆载荷和温度的相关模型
  • DOI:
    10.1002/stc.3113
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Structural Control and Health Monitoring
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Yang Deng;Hanwen Ju;Wenqiang Zhai;Aiqun Li;Youliang Ding
  • 通讯作者:
    Youliang Ding
Equivalent uniform live loads under transit vehicles for floor slab of long-span urban transportation hubs
大跨度城市交通枢纽楼板交通车辆下等效均匀活荷载
  • DOI:
    10.1080/13467581.2020.1782918
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    JOURNAL OF ASIAN ARCHITECTURE AND BUILDING ENGINEERING
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li Yuhang;Deng Yang;Li Aiqun;Sun Peng
  • 通讯作者:
    Sun Peng
考虑变量相关性的正交异性板细节疲劳可靠性评估
  • DOI:
    10.13465/j.cnki.jvs.2021.04.016
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张海萍;刘扬;邓扬;冯东明
  • 通讯作者:
    冯东明
基于断裂力学和长期监测数据的钢箱梁桥顶板U肋焊缝疲劳可靠度分析
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1001-0505.2019.01.010
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    东南大学学报. 自然科学版
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓扬;李爱群
  • 通讯作者:
    李爱群

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其他文献

超载对RC梁桥疲劳可靠性的影响分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    交通科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘扬;李胜兰;邓扬
  • 通讯作者:
    邓扬
斜交网格外支撑超高层结构罕遇地震动力弹塑性时程分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    水利与建筑工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冷斌;邓扬
  • 通讯作者:
    邓扬
公路桥梁车辆荷载建模方法及疲劳寿命评估
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    应用力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘扬;张海萍;邓扬;江楠
  • 通讯作者:
    江楠
基于长期监测数据的大跨桥梁结构伸缩缝损伤识别
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    东南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓扬;李爱群;丁幼亮;孙鹏;Deng Yang Li Aiqun Ding Youliang Sun Peng (Key Lab
  • 通讯作者:
    Deng Yang Li Aiqun Ding Youliang Sun Peng (Key Lab
Effect of live load on simply supported bridges under a random traffic flow based on weigh-in-motion data
基于动态称重数据的随机交通流下活载对简支桥的影响
  • DOI:
    10.1177/1369433216664348
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Advances in Structural Engineering
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Yang Liu;Haiping Zhang;邓扬;Nan Jiang
  • 通讯作者:
    Nan Jiang

其他文献

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邓扬的其他基金

复杂古木建筑结构倾斜损伤发展机理与控制方法研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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