钢桥腹板间隙的面外变形疲劳机理与维修加固方法研究

通过钢桥腹板间隙的面外变形疲劳试验、实桥测试、理论及数值模拟分析，深入研究腹板间隙面外变形疲劳机理，识别控制面外变形疲劳性能的关键因素，确定疲劳细节强度，提出基于热点应力的面外变形疲劳分析模型，建立腹板间隙面外变形疲劳设计准则；依据钢桥腹板间隙的面外变形疲劳裂纹萌生和扩展特征，建立基于I型和III型疲劳裂纹耦合扩展模式的断裂力学评估模型，计算典型面外变形疲劳细节的疲劳寿命，并通过足尺疲劳试验和实桥应用验证疲劳寿命评估模型；采用疲劳模拟试验、数值和断裂力学分析，研究腹板间隙面外变形疲劳开裂部位的经济合理加固技术措施；通过本项目的研究，可望在钢桥腹板间隙的面外变形疲劳机理、抗疲劳设计、疲劳寿命评估和维修加固方法等方面取得突破。本项目研究成果不仅可以指导钢桥腹板间隙面外变形的抗疲劳设计，而且可以为面外变形疲劳的科学维护提供技术支撑，对编制有关规范亦可提供参考。

本项目通过钢桥腹板间隙面外变形足尺疲劳试验、理论及数值模拟分析，深入研究了钢桥腹板间隙面外变形的疲劳机理以及各种维修加固方式的有效性，识别了关键疲劳细节；对于腹板厚度、间隙尺寸、面外变形的大小以及关键细节处的应力比均进行了变参数的疲劳试验，并结合数值分析研究了这四种参数对钢桥腹板间隙处疲劳行为的影响，确定了腹板间隙疲劳细节强度等级，提出了基于热点应力的面外变形疲劳分析模型；建立了基于断裂力学的钢桥腹板间隙面外变形疲劳寿命预测模型，计算典型细节的疲劳使用寿命，并通过足尺疲劳试验验证了疲劳寿命预测模型；通过对各种不同的维修加固方式进行疲劳模拟试验和数值分析，研究了钢桥腹板间隙面外变形疲劳开裂部位经济合理的维修加固方式，并提出了可以应用于实桥的安全性高、适用性好、现场易于操作的维修加固方式；通过本项目的研究，在钢桥腹板间隙面外变形疲劳机理、抗疲劳设计方法，以及疲劳寿命评估方法和维修加固策略等方面取得了较好的研究进展。本项目的研究成果不仅可以指导钢桥抗疲劳设计，而且可以为既有钢桥疲劳损伤维护提供技术支撑，对编制相关规范亦可提供参考。