大跨度公铁两用斜拉桥正交异性钢桥面板疲劳机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51778043
  • 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:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Tests and numerical simulation researches would be carried out to deal with the fatigue problem of orthotropic steel bridge deck in Long-Span Rail-Road Cable-Stay Bridge. Firstly, the characteristic of typical traffic in the Long-Span Rail-Road Cable-Stay Bridge would be investigated. The load spectrum of total bridge could be obtained by numerical simulation while the stress spectrums of local parts in the orthotropic steel deck system could be also obtained. The effect of vehicle load and axial force in deck and girder that caused by horizontal component of Stayed-Cable would be taken into account in the study of fatigue problem. Than fatigue performance of four special typical details that were basic metal detail of U-rib, welding detail in joint of U-rib, basic metal and welding details of cope holes in crossbeam, welding details between U rib and deck in the orthotropic steel bridge deck. Meanwhile the influence of stress-concentration that caused by welding would be discussed in details. Based on the theory of fracture mechanics, full-scale model tests and numerical simulation researches would be carried out to analyze the stress concentration factor, stress intensity factor (include its amplification coefficient) and the cracking toughness of the four special typical details in orthotropic steel deck system in order to analyze effects of fatigue performance that caused by the factors above. Considering the different fatigue cracking lives of the parts of orthotropic steel deck system and the randomness and uncertainty of the parameters, the reliability analysis and safety evaluation of the Long-Span Rail-Road Cable-Stay Bridge could be taken to provide technical support for fatigue design code of the details.
针对大跨度公铁两用斜拉桥中正交异性钢桥面板系统疲劳的问题,开展数值模拟和试验研究。调研大跨度公铁两用斜拉桥的典型疲劳车特点,通过数值模拟提出其荷载谱,研究正交异性钢桥面板系统的局部应力谱。研究由于斜拉索对主梁和桥面板的轴力和车辆疲劳荷载作用下,正交异性钢桥面板中的四类典型母材与焊接细节(U肋母材细节、U肋拼接焊接细节、横隔板U肋开口母材与焊缝细节、U肋与面板焊接细节)的疲劳性能和裂纹发展规律,深入研究应力集中对疲劳性能的影响。基于断裂力学理论,进行数值模拟和足尺模型的疲劳试验研究,研究分析上述四类细节的应力集中系数、应力强度因子放大系数和断裂韧性性能,分析各因素对桥面板结构的疲劳性能的影响。在考虑正交异性钢桥面板系统中各部分不同疲劳开裂寿命的前提下,评估疲劳问题中各参数的随机性和不确定性,对大跨度公铁两用斜拉桥进行可靠度分析和安全性评估,为相应的疲劳细节设计规范的制修订提供技术支撑。

结项摘要

在公路荷载和铁路荷载的共同作用下,公铁两用桥承受了巨大的荷载。作为斜拉桥直接承受车辆荷载的构造,正交异性钢桥面板疲劳问题突出。针对大跨度公铁两用斜拉桥中正交异性钢桥面板系统的疲劳问题,开展了数值模拟和试验研究,主要工作内容概括如下:.(1)基于梁格法理论对正交异性钢桥面板进行划分,得出一种快捷使用的计算斜拉桥正交异性钢桥面板的方法。通过数值模拟得到了具有宽U肋的正交异性钢桥面板的疲劳敏感细节的应力谱。.(2)对板桁斜拉桥的Q500qE正交异性钢桥面板的疲劳性能进行综合研究,分析了正交异性钢桥面板结构的整体失效模式。.(3)对正交异性钢桥面板U肋嵌补段的裂纹扩展过程进行详细分析,分析了U肋嵌补段由于装配误差引起的次内力,并讨论U肋嵌补段的应力集中效应。.(4)提出基于神经网络算法的热点应力外推计算方法,为横隔板支撑托板疲劳细节提出了相对应的疲劳强度设计标准。.(5)对桥面板疲劳裂纹预防措施进行研究,对横隔板支撑托板新构造进行参数分析,同时对比了顶板-U肋构造中传统焊缝、镦边焊缝、双面焊缝的受力特性,讨论了熔透率对双面焊缝的影响。.(6)针对顶板-U肋双面焊及全熔透构造的主导疲劳失效模式进行分析,通过疲劳试验研究全熔透构造的疲劳性能、破坏特征及裂纹特性。详细记录并分析了裂纹参数。.(7)基于U肋焊趾裂纹关键几何参数对疲劳裂纹扩展特性进行研究。基于裂纹的初始尺寸、形状比、裂纹与焊趾的间距及初始角度参数,对U肋焊趾裂纹的应力强度因子、扩展特性及接头的剩余疲劳寿命进行研究。.(8)对U肋焊趾多裂纹扩展进行研究。给出顶板-U肋焊接接头在焊趾多裂纹融合扩展情况下的剩余疲劳寿命经验计算公式。.(9)探索将共面的相邻表面三维裂纹等效为单裂纹进行疲劳寿命评估的方法,提出基于虚拟裂尖接触的VCTC裂纹合并准则。.(10)采用装配式钢板对因嵌补段开裂而失效的试件进行加固,并进行疲劳试验,发现该方法效果良好,显著提升了结构的剩余疲劳寿命。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(6)
专利数量(2)
双面焊U肋内侧焊缝初始裂纹特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭殊伦(研);雷俊卿;黄祖慰(研)
  • 通讯作者:
    黄祖慰(研)
钢桁梁斜拉桥复合式索锚结构疲劳试验研究
  • DOI:
    10.11817/j.issn.1672-7207.2020.01.019
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中南大学学报. 自然科学版
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹珊珊;雷俊卿;黄祖慰
  • 通讯作者:
    黄祖慰
波纹钢腹板矮塔斜拉桥结构静动力分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    铁道建筑
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵体波;张武盛;荣峤;雷俊卿
  • 通讯作者:
    雷俊卿
千米级大跨公铁两用悬索桥结构特性及刚度指标研究
  • DOI:
    10.13238/j.issn.1004-2954.202103260005
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    铁道标准设计
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈进昌;雷俊卿;金令;胡春
  • 通讯作者:
    胡春
Fatigue Performance of U-rib Butt Welds in Orthotropic Steel Decks
正交异性钢甲板 U 形肋对接焊缝的疲劳性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Engineering Structures
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    黄祖慰;雷俊卿;郭殊伦;涂健
  • 通讯作者:
    涂健

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其他文献

公铁两用斜拉悬索协作体系钢桥研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    钢结构
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘飞;黄祖慰;郭殊伦;雷俊卿
  • 通讯作者:
    雷俊卿
大跨度公铁两用斜拉桥研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    科技导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    雷俊卿;黄祖慰;曹珊珊;刘昊苏;桂成中
  • 通讯作者:
    桂成中
多级变幅疲劳荷载下预应力混凝土梁刚度退化
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    吉林大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖赟;雷俊卿;张坤;李忠三
  • 通讯作者:
    李忠三
基于改善响应面法钢箱叠合拱桥梁端转角的可靠度分析[J].
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    北京交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张坤;雷俊卿
  • 通讯作者:
    雷俊卿
桂成中, 雷俊卿,张永水. 拱辅梁桥拱肋合理矢跨比的确定[J].
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    北京交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    桂成中;雷俊卿
  • 通讯作者:
    雷俊卿

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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

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          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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