钢桁梁桥评定与加固 理论、方法和实践PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 历史与发展 1

1.1.1 近代钢桁梁桥的发展及成就 1

1.1.2 现代钢桁梁桥的发展及成就 2

1.1.3 新一代钢桁梁桥的发展特点与趋势 4

1.1.4 我国钢桁梁桥建设的历史与成就 5

1.2 桁梁桥体系分析 7

1.2.1 简支桁梁桥 7

1.2.2 连续桁梁桥 10

1.2.3 悬臂桁梁桥 12

1.3 桁梁桥的钢材与连接 12

1.3.1 钢材 12

1.3.2 钢桁梁桥的连接 16

1.3.3 钢桁梁的节点 18

1.4 钢桁梁桥事故与反思 24

1.4.1 失败中的教训 24

1.4.2 对研究的促进 28

1.5 桁梁桥评定的理论体系 32

1.5.1 桁梁桥评定的基本思想 32

1.5.2 桁梁桥评定框图 35

参考文献 36

第2章 桁梁受力性能及状态模拟 37

2.1 概述 37

2.2 桁梁空间有限元分析 37

2.2.1 有限元列式 37

2.2.2 Ⅰ阶弹性单元 39

2.2.3 Ⅱ阶弹性有限元 44

2.2.4 自振特性分析 51

2.2.5 桁梁有限元模型的建立方法 53

2.3 桁梁节点模拟 64

2.3.1 接触模拟 64

2.3.2 递进单元阶次处理 71

2.3.3 节点开裂的桁梁受力性能 72

2.3.4 小结 74

2.4 杆件锈蚀和补强的模拟 75

2.4.1 钢结构的腐蚀 75

2.4.2 桁杆截面锈损和补强的模拟方法 82

2.5 桁梁桥有限元模型修正 89

2.5.1 主要误差来源分析 89

2.5.2 两阶段模型修正方法 93

参考文献 97

第3章 评定荷载及作用效应 98

3.1 概述 98

3.2 交通荷载数据的获取及统计 99

3.2.1 公路交通观测与调查 100

3.2.2 多源交通荷载数据获取与处理 101

3.2.3 WIM系统公路交通荷载数据采集及统计分析 103

3.2.4 BWIM技术及其在桁梁桥上的应用 113

3.2.5 铁路荷载数据获取及统计 122

3.3 车流模拟及加载 125

3.3.1 Monte-Carlo方法 125

3.3.2 车流模拟 129

3.3.3 车流加载和应力历程计算 132

3.4 极限承载能力评定荷载 133

3.4.1 我国桥梁设计荷载的演变 133

3.4.2 极限荷载效应外推理论 140

3.4.3 桁梁桥极限承载力评定荷载模型 147

3.5 疲劳评定荷载 150

3.5.1 公路桥梁疲劳评定荷载 150

3.5.2 铁路桥梁疲劳评定荷载 165

3.5.3 疲劳荷载模型的评价 179

3.6 车辆活载极值作用效应 182

3.6.1 方法综述 182

3.6.2 影响面生成方法 183

3.6.3 规范车辆荷载的数字模型 185

3.6.4 影响线加载原理 186

3.6.5 影响线加载改进算法 187

3.6.6 影响面加载原理 189

3.7 疲劳应力谱 194

3.7.1 雨流法计数 194

3.7.2 应力监测与实测应力谱 196

3.7.3 应方谱计算的修正算法 204

参考文献 205

第4章 强度安全评定 207

4.1 概述 207

4.2 钢材材料强度及其影响因素 207

4.2.1 强度与塑性 207

4.2.2 板厚、温度及应变率对屈服极限的影响 209

4.3 强度理论 213

4.3.1 Tresca屈服准则 214

4.3.2 Von Mises屈服准则 215

4.4 杆件截面应力及强度评定 216

4.4.1 受拉杆件 216

4.4.2 受扭构件 222

4.4.3 受弯构件 237

4.4.4 杆件组合受力 247

4.5 栓铆连接及评定 250

4.5.1 栓铆分类及验算要求 251

4.5.2 铆钉和普通螺栓连接 252

4.5.3 高强螺栓 256

4.5.4 栓接连接板 260

4.5.5 连接面上的内力在螺栓群中的分配 262

4.5.6 桁梁桥中各种接头的受力分析 276

参考文献 289

第5章 稳定安全评定 290

5.1 概述 290

5.2 中心压杆屈曲 290

5.2.1 理想中心压杆屈曲 290

5.2.2 初挠曲对杆件屈曲的影响 294

5.2.3 残余应力对杆件屈曲的影响 295

5.2.4 杆件弯扭屈曲 299

5.2.5 实际中心压杆屈曲安全验算 303

5.2.6 组合压杆的屈曲 306

5.3 压弯杆件屈曲 310

5.3.1 实腹压弯杆件弯曲屈曲 311

5.3.2 压弯开口薄壁杆件的弯扭屈曲 316

5.3.3 压弯杆件双向弯曲屈曲 319

5.3.4 组合杆件的压弯稳定 320

5.4 桁梁桥中板件翘曲 322

5.4.1 平板弹性翘曲 322

5.4.2 平板弹塑性翘曲 325

5.4.3 平板受压翘曲后性能 327

5.4.4 翘曲有效板宽 330

5.4.5 压杆中板件宽厚比的限值 336

5.4.6 节点板的稳定 341

5.5 桁梁杆件的计算长度 342

5.5.1 受压弦杆 343

5.5.2 三角形桁梁腹杆 344

5.5.3 K式桁梁腹杆 345

5.5.4 复式桁梁中的交叉腹杆 345

5.5.5 敞开式桁梁上弦杆 348

5.5.6 门架的稳定问题 349

5.6 桁梁桥整体稳定 353

5.6.1 应用Ⅱ阶理论分析整体稳定性 353

5.6.2 大位移几何非线性整体稳定性分析 355

5.6.3 大位移和弹塑性整体稳定分析 356

5.6.4 桁梁桥整体稳定安全评定 356

参考文献 356

第6章 断裂安全评定 357

6.1 概述 357

6.2 断裂力学基本原理及断裂判据 358

6.2.1 线弹性断裂判据 358

6.2.2 小范围屈服的Irwin修正 360

6.2.3 弹塑性断裂判据 360

6.2.4 失效评定图 363

6.3 应力强度因子与J积分的有限元计算方法 367

6.3.1 固体小变形问题的基本方程 367

6.3.2 弹塑性本构关系 368

6.3.3 弹塑性有限元方法 370

6.3.4 应力强度因子与J积分的计算 379

6.4 钢材断裂韧性 385

6.4.1 钢材断裂机理 385

6.4.2 延脆转变区钢材韧性试验和分析 388

6.4.3 缺口冲击韧性及其与断裂力学韧性之间的关系 390

6.4.4 影响钢材韧性的重要因素 394

6.4.5 老钢材材料性能 402

6.5 主桁杆件断裂安全评定 411

6.5.1 断裂力学简化分析 412

6.5.2 温度过渡区脆断安全评定 424

参考文献 428

第7章 使用寿命与剩余使用寿命预测 429

7.1 概述 429

7.1.1 疲劳现象和疲劳寿命 429

7.1.2 现有研究疲劳问题的方法 431

7.1.3 影响疲劳寿命的主要因素 434

7.2 基于S-N曲线的使用寿命评估方法 440

7.2.1 结构疲劳强度曲线 441

7.2.2 线性损伤累积准则 449

7.2.3 传统疲劳分析中的安全验算 449

7.2.4 基于S-N曲线的疲劳寿命计算方法 451

7.3 基于断裂力学的剩余寿命评估方法 453

7.3.1 裂纹扩展机理及描述公式 453

7.3.2 影响裂纹扩展的因素 460

7.3.3 剩余寿命计算 474

7.4 考虑序列效应的裂纹扩展模拟 477

7.4.1 模拟序列效应的各种计算模型 478

7.4.2 裂纹扩展的数值模拟技术 482

7.5 铆钉与高强螺栓预紧力对孔边裂纹扩展的影响 492

7.5.1 栓铆预紧力及抗疲劳性能 492

7.5.2 预紧力作用下孔边裂纹驱动力分析 495

7.5.3 栓孔边裂纹扩展寿命 497

参考文献 498

第8章 桁梁桥持续使用对策 500

8.1 概述 500

8.2 断裂临界杆件及细节 502

8.2.1 断裂临界杆件识别方法 502

8.2.2 疲劳调查优先级 504

8.3 钢桥裂纹的无损检测及尺寸确定 505

8.3.1 钢桥常用无损检测方法 505

8.3.2 无损检测可靠性及POD曲线 510

8.3.3 真实裂纹尺寸模糊分布 518

8.3.4 裂纹尺寸确定 519

8.4 疲劳剩余安全度 520

8.4.1 几种可靠度计算方法简介 520

8.4.2 基于传统疲劳理论的可靠度分析 524

8.4.3 基于线弹性断裂力学理论的可靠度评估 528

8.5 疲劳安全控制 537

8.5.1 疲劳目标可靠度 539

8.5.2 裂纹检出概率 540

8.5.3 疲劳安全控制 543

8.6 加固 543

8.6.1 改变结构受力图式的加固方法 544

8.6.2 加强薄弱构件 547

8.6.3 减轻恒载 561

参考文献 563

第9章 百岁老桥剩余寿命与使用安全研究 566

9.1 概述 566

9.1.1 结构检测与维修历史 567

9.1.2 主要存在的问题 568

9.1.3 研究目标和内容 568

9.1.4 研究技术路线 569

9.2 病害检测 569

9.2.1 锈蚀检测 570

9.2.2 铆钉检测 573

9.2.3 变形检测 574

9.2.4 铆钉孔探伤 576

9.2.5 焊缝探伤 577

9.2.6 小结 580

9.3 试验研究 581

9.3.1 材料试验 581

9.3.2 实桥荷载试验 586

9.4 结构有限元模型及疲劳荷载模型 590

9.4.1 结构有限元模型 590

9.4.2 交通荷载模型 591

9.5 构件损伤程度评估 600

9.5.1 病害统计及其损伤程度评估 600

9.5.2 疲劳损伤评估 607

9.6 强度与稳定安全评定 609

9.6.1 加固改造方案 609

9.6.2 内力与应力计算 609

9.6.3 强度验算 613

9.6.4 杆件稳定验算 614

9.6.5 节点板撕裂验算 615

9.6.6 杆件端部铆钉连接验算 616

9.6.7 小结 617

9.7 剩余使用寿命与检测间隔 618

9.7.1 应力历程与应力谱 618

9.7.2 疲劳寿命 618

9.7.3 检测间隔 618

9.8 结论与建议 621

9.8.1 评定结论 621

9.8.2 加固与养护建议 622

第10章 大跨栓焊钢桁梁桥评定、加固和再评定研究 624

10.1 概述 624

10.2 主要病害及其成因 626

10.2.1 油漆退化与钢板锈蚀 626

10.2.2 疲劳裂纹 626

10.2.3 螺栓松动与缺失 627

10.2.4 永久变形 628

10.3 荷载试验与模型修正 628

10.3.1 实桥荷载试验 628

10.3.2 有限元建模与模型修正 630

10.4 加固前结构强度与寿命评估 632

10.4.1 结构强度验算 632

10.4.2 交通荷载与应力谱 633

10.4.3 寿命评估与检测间隔 636

10.5 维修加固方案及关键部位构造研究 638

10.5.1 加固方案 638

10.5.2 钢桥面板合理构造 642

10.6 车辆荷载谱与轴载谱 645

10.6.1 车辆荷载信息反算结果 646

10.6.2 车轴荷载信息反算结果 648

10.7 加固后结构性能 648

10.7.1 主桁加固效果试验评估 649

10.7.2 结构承载能力与疲劳寿命再评估 650

10.8 结论 662

第11章 铁路桁梁桥疲劳寿命与安全评定研究 663

11.1 概述 663

11.1.1 研究背景 663

11.1.2 赣江大桥概况 663

11.1.3 研究方法与内容 664

11.2 实桥工作状态模拟 665

11.2.1 有限元模型的建立 665

11.2.2 恒载应力 666

11.2.3 计算与实测对比分析 666

11.2.4 小结 673

11.3 应力谱模拟与寿命评估 673

11.3.1 应力谱计算 673

11.3.2 疲劳分析方法 679

11.3.3 累积损伤与剩余寿命 680

11.3.4 小结 682

11.4 H4节点受力分析 682

11.4.1 概况 682

11.4.2 节点板撕裂强度验算 684

11.4.3 节点板实体有限元模型建立及修正 687

11.4.4 D型车加载分析与比较 689

11.4.5 小结 695

11.5 剩余寿命与检测间隔 696

11.5.1 裂纹检测 696

11.5.2 识别临界构件 697

11.5.3 断裂力学模型 699

11.5.4 剩余寿命与检测间隔 699

11.6 结论与建议 702