毕业设计论文翻译-梁疲劳寿命与梯形波纹腹板一个实验研究.docx
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1、梁疲劳寿命与梯形波纹腹板: 一个实验研究 B. Kvesdi , L. Dunai文章历史:2013年10月9日收录修订后的表格2014年1月23日收录2014年2月20日接收2014年3月3日可以在线搜索关键词:波纹腹板梁 应力集中 疲劳试验 疲劳类的细节概要:光束腹板在混合和复合布里德GES中,波纹钢板在过去的20年已越来越多地被应用。梁波纹腹板比传统平板的结构多很多优势纤维网,但由于新的结构布局,仍然有许多需要解决的问题。与梁与梯形波纹腹板的情况下,疲劳寿命的确定是相当困难的,因为在该凸缘的复杂应力场,和疲劳详细分类也没有被阐明。目前只有少数的文献调查处理波纹腹板梁疲劳行为。当前测试的目
2、的在本文发表时是波纹网梁在纯疲劳行为分析弯曲和组合弯曲和剪切。此外,疲劳详细类别的建议是开发了基于测试结果,以支持桥的设计。测试完成学习波纹轮廓的效果,正常应力比,的组合正常和剪切效果应力和对疲劳寿命的焊缝尺寸。2014 sevie公司保留所有权利。1.介绍波纹钢板由于其良好的性能时间已用于许多领域。在过去的20年中,它已经越来越多地用作梁腹板。这种结构布局已蔓延到桥梁建设,特别是在混合动力和复合桥梁。与梯形的第一款混合动力桥波纹腹板在1986年建于法国(蓬科尼亚克桥)。由于这种结构布局大量的优点,它迅速蔓延,特别是在日本1,其中有大量的混合桥梁已建成或正在建设波纹网。由于波纹的特点,波纹钢腹
3、板的应用有许多优点。因为波纹轮廓的,正常的刚度网在纵向上的比的情况下更小的通常的I-梁平网。因此,预应力凸缘可以是更有效的。对屈曲的阻力 - 本地和全球 - 增加,从而加强件或隔膜的数目可以显著降低。在比较平坦的纤维网,有在横向上具有高的弯曲刚度,这可减小箱梁桥跨帧的数目的。因为增加的刚度,该腹部厚度可能会降低。因此,该结构的死载荷可以是更小,从而导致更容易和更快的建筑过程尤其在顶推情况。桥的经济设计需要细长结构的使用。为了避免局部或全局板屈曲,众多加强板的使用,这是相对昂贵的,并且它们可能会降低该结构的疲劳寿命。波纹腹板增加的屈曲强度结构。因此,该加强件的数量可以减少,从而可以对结构的疲劳行
4、为产生积极的影响。在M43公路在蒂萨河的莫拉费伦茨桥梁的设计和波形钢腹板匈牙利2006-2011年间建造的。成桥可以看出,在图1。这是一个矮公路大桥三跨(90 M +180米+90米)。这座桥与预应力钢筋混凝土法兰和波形钢腹板混合上层建筑。桥梁上部是一个盒子的横截面与3细胞和不同网络的深度。该桥架设于2008年开始并完成了2011年。尽管经常被使用的这种类型的梁在过去20年中的桥梁,只有少数的调查在处理的疲劳性能的文献中找到这些结构。 对现有的实验,分析和数值的调查进行了研究,并得出结论:先前实验的适用性受到严格限制,因为测试结果只能用于特殊波纹型材和应力比率在以前的实验进行分析。鉴于对波纹腹
5、板梁的疲劳寿命,缺乏研究成果,没有标准的建议3。由于这些事实,实验研究项目的设计和执行,在技术和经济布达佩斯大学,结构工程的六个大型测试部门标本作为莫拉费伦茨公路桥梁使用相同的波纹曲线,调查梁的疲劳寿命。当前本文研究了实验研究计划和测试结果。2.回顾以往的研究2.1.实验研究钢梁与正弦波波形腹板的疲劳寿命的第一个实验是由几个研究人员完成。哈里森(1965)测试了两个I梁与正弦波纹腹板下四点弯曲4。Korashy和瓦尔加5 在1986年研究了11 I-梁与下部分波形腹板四点弯曲。在这项研究中,波被放置在一个限定的距离彼此沿梁长度。这项研究不仅限于同质大梁。它也扩展到混合梁为好。混合均匀梁之间的比
6、较,发现有两个梁类型之间的疲劳寿命没有显著差异。波肋梁,其中传统的横向加强筋被替换由web波纹,显示高25的疲劳强度比常规硬化梁横向加强筋焊接到单独网络。它们显示较高的56的疲劳强度比梁加劲肋焊接到紧张翼缘纵向。2005年,Machacek和图马6进行大量的实验研究上的正弦波纹梁分析疲劳特性,由于剪切力,补丁负荷和移动吊车梁的负荷。对于所有的试验片,幅为正弦波纹,具有波振幅20毫米。三个系列的标本制作不同的网络厚度(TW=2 - 毫米,总重量=2.5毫米,总重量= 3毫米)。在剪切载荷,疲劳从脚趾焊缝裂纹开始在网上法兰或网络加强筋连接,并迅速传播到梁的断裂。根据测试结果,疲劳细节类别被推荐用于
7、梁与正弦波纹腹板设计在剪切和横向载荷。梁与梯形波纹腹板的第一个疲劳分析是易卜拉欣于2001年完成7。在实验方案中,6标本根据四点弯曲测试完成。梁的腹板高度为500毫米,厚度3.18毫米。法兰尺寸是所有样本为150*12mm时,波纹深度75毫米和波长434毫米。倾斜折叠和纵向折叠之间的弯曲半径为27毫米,波纹角度为36.9。网络到凸缘角焊缝的尺寸为5mm。所计算的应力范围,底部凸缘64.7兆帕,131兆帕之间变化的顶部。所有六个大梁失败疲劳裂纹,发生故障开始沿着倾斜折网对法兰焊趾和传播在不断的时刻区域内的底部法兰。裂纹萌生点通常是在一个倾斜的折叠结束那里的折弯区域开始。在利哈伊大学于2004年由
8、调料等8家大型疲劳标本进行了检测。 8-10。对A709 HPS485W钢的试验梁经作出,下四点弯曲加载。所分析的桁的腹板高度是1200毫米,和纸幅的厚度为6毫米。法兰尺寸是所有标本225* 20mm左右。波纹角度为36.9,半径波纹板为120毫米。倾斜的褶皱具有3:4斜率,平行于凸缘边缘200毫米凸起和波纹150毫米的深度。到凸缘焊缝大小网络为8毫米。梁的总长度为7400毫米,和两个端部支撑件之间的距离为7000毫米。标称应力范围内变化从103至138兆帕。从每个梁失败疲劳裂纹不断时刻区域内的底部法兰传播从网上toflange角焊缝脚趾。这项研究的结果表明,I-梁与波纹腹板表现出疲劳寿命是通
9、常长于传统的I-梁与横向加强筋,但比短I-梁与非刚性的平网。在机器人焊接大梁的疲劳寿命是使用半自动气体保护焊比类似的大梁的疲劳寿命焊接42以上。2006年,一共有6标本梯形波纹钢腹板由易卜拉欣等人进行了测试。 11-13。一个简单的支持测试装置使用,并且将梁经受四点弯曲。被测试的梁有3mm厚和500毫米深度幅具有324兆帕的屈服强度。波纹的振幅为75毫米,波长为434毫米。倾斜的褶皱具有3:4斜率与突起平行于所述凸缘边缘100毫米。法兰从150* 12.5毫米钢板具有379兆帕的屈服强度。轴承加强筋11毫米的厚度被放置在所述梁的端部和下负荷施加点.梁的总长度为6076毫米,和两个端部之间的距离
10、支持是5859毫米。到凸缘焊缝大小网络为5mm。所有疲劳裂纹发生在张力凸缘在恒定弯矩区。在倾斜褶皱网对法兰角焊缝的焊趾开始的裂缝,其中折弯区域开始。疲劳裂纹然后传播垂直于在张紧凸缘,并通过凸缘厚度的纵向应力的方向。裂缝还继续向上传播在波纹腹板不远。该调查显示,波纹腹板梁有30-50的时间疲劳寿命要比僵硬台网板梁加劲肋与缩短从紧张法兰。也有人指出,波纹腹板梁疲劳类的僵硬和非增强型台网梁之间的下跌。此外,该研究人员报告说,在焊接过程产生了高应力集中,可以降低疲劳寿命起止点。混合动力桥梁波形钢腹板与混凝土翼缘的实验研究已经在日本14进行。该试验的目的是分析在伸长的横截面的腹板之间的连接的疲劳行为。提
11、出了一种新的连接类型,以减少应力集中,提高了疲劳寿命的试验这一结构细节.截面形状的基础上,Koinumarukawa桥被选中。所测试的箱梁和波纹钢板的几何形状是一样的,在实桥梁建设,并避免了规模效应,一个全尺寸模型始建于实验室。疲劳试验表明,高达60万次,无疲劳裂纹的发生。2.2.评估先前调查并提出新的研究目标从以往的研究中,57测试是文献中研究梁波纹腹板的疲劳特性。其中,有55人对钢梁进行和两个混合梁混凝土法兰。从55的实验,35涉及正弦波纹腹板和20梯形波纹腹板。间35的测试中,10集中于疲劳破坏引起的剪切力。此外,10个样本中填装补丁负荷和13试验包括分析所述疲劳行为而引起的弯曲力矩正常
12、应力。最后,两项测试进行了确定吊车梁的疲劳性能,由于横向车轮力。从20先前的测试与梯形波纹腹板,所有的实验都集中在纯弯曲下的疲劳行为。正常应力比因弯矩的影响,用两种不同的波纹轮廓和梁深度以前分析。先前的测试结果可以只用在新的桥梁设计有限的方式,因为所述波纹轮廓和某些几何参数,它们具有从视疲劳的点有重要影响,是不同的。考虑到在这样复杂结构中比较大的分散,在实际问题的不同的结构安排的疲劳特性,因此决定在大型试样中研究. 比较相对小数目的先前测试的,目前的研究计划对6标本的结果可以给的波纹腹板梁疲劳性能显著的新信息。重要的是要强调的是,试样的几何形状是从先前测试的人不同的是重要的。主要的参数(如波纹
13、角度,波纹深度和焊缝尺寸)这对疲劳行为的影响是不同于它是在以前的研究项目应用价值。目前调查的主要目的是在匈牙利费伦茨莫拉桥采用的波纹型材的疲劳性能的测定,因此几何性质类似于架设桥梁结构稍作修改。此外,弯曲和剪切的复合加载情况未进行调查,直至现在瓦楞纸网梁。因此,本研究的目的还在于执行测试来分析疲劳寿命这种效果。此外,在测试中延伸的应变计测量进行并记录细节。这些结果可以给正在研究这个话题的研究人员一个背景数值模型用来开发和验证。3.实验方案3.1.概括 在目前的实验研究的背景下,6个大型试样在布达佩斯技术和经济大学的结构实验室进行了测试,在梯形波纹腹板梁.研究计划的疲劳特性有3种不同的部分,这都
14、涉及到三个不同的研究目标。对于波纹轮廓,所有测试的大梁是相同的,但测试布局,装载的情况下,所施加的应力范围和焊缝尺寸是变化的。两试验片根据四点弯曲调查,分析纵向应力比的效果。测试的第二个目的是在弯曲和剪切的复合加载情况进行分析。因此,四个试样下三点弯曲加载。此外,该调查是由对疲劳性能焊缝尺寸效应的分析扩大。4试样装入组合弯曲和剪切的,两个试样均焊有6毫米和两个试样用3mm的焊缝尺寸的焊缝大小。每个样品在第一次使用静态负荷加载。在静态试验的目的是在梁通过测量偏转的静态响应的确定,并强调在不同的位置。静态加载后,所有的疲劳测试与单调循环加载后Fmin和最大频率之间的负载波动执行。最小负载设定为10
15、千牛顿为所有标本,以及不同的应力比被改变的Fmax的值进行分析。施加的载荷总结于表1中。3.2.测试样品测试试样是大规模的I-梁,有7150毫米的总长度和6750毫米的跨度。大梁有6毫米厚500毫米深度网,制成冷成型钢板。凸缘宽度为225毫米,厚度为20毫米。在根据被加载的情况下,试件的四点弯曲中,疲劳裂纹预计在恒定弯矩区梁的中间部分。因此,凸缘厚度增加至30mm,在两梁端600毫米从负载导入点,以减少在这些端部区域的正常应力。下负载引入位置20毫米厚的加强筋被施加。加强板上面的支撑被焊接到web和两个法兰;然而,加强件在负载引入位置被切断短于从所述下凸缘的腹板高度的四分之一,以避免不利的疲劳
16、细节。到凸缘焊缝大小网络为6毫米的试样号1-4和3毫米试样号5-6的情况。焊趾的起止点被保持远离折叠线,所以焊缝是在敏感区是连续的。所有的标本3毫米焊缝尺寸分别在三点弯曲加载。在测试中所用的钢种为S355(欧洲规范符号)。屈服和极限强度进行测定,并在20毫米厚的板的情况下,这些值是379兆帕和517兆帕.在腹板6毫米的厚度的情况下,所测量的值分别为373兆帕,542兆帕,分别。试样的几何形状示于图。图2和3。波纹轮廓是相同的所有标本,和几何示于图。4.折叠长度为A1= 210毫米和A2 =212毫米,和倾斜的褶皱的投影长度分别为A3 =133毫米和a4为165毫米。波纹角度是39,弯曲半径为6
17、0毫米的所有样品。波纹轮廓的几何形状可以看出,在图4。该试验片简单地在两端支持。该负载是通过液压致动器施加的最大负载能力的250千牛顿,这是施加在梁在3至4赫兹,取决于梁的偏转。在三点弯曲的情况下,负载在中跨施加作为集中负荷,并在四pointbending的情况下,负载通过一个补充梁转移为1.5微米的跨度。测试装置和装载设备可以看出,在图图5a和b。3.3.应变计测量大量的应变仪被放置在试样以测量在测试期间的应力。这被执行以测量以下内容: 正应力在上部和下部凸缘。 正应力在网上。 几何(热点)应力在应力集中区。 应变仪的位置可以看出,在图6.应变计(1-5)分别放置在下部(张力)凸缘在平行折叠
18、的中间。计(6-8)置于上部(压缩)凸缘在相同的位置计(1,3和5)。这些应变仪的应用程序的目的是在凸缘远离应力集中区域中的正常应力分布的测定。应变仪(9-22)被放置在网络上沿试样的高度在两个横截面。这些测量的目的是的波纹腹板梁在平行的特殊正常应力分布的测定并在腹板的倾斜的折叠。应变计(23-34)被用来测量所分析的样品的热点应力在四个典型的位置,其中预期的疲劳裂纹的萌生。注意,并非所有的6标本与这样的数量和应变仪布置进行分析。试样号1,使用所有的34个应变仪测试,但进一步的标本由减少的测量测试。应变计的位置是相同的,如图所示。6对于所有试样除试样号4-6,其中该应变仪的位置(1-5)从平行
19、折叠的中间横截面移动到倾斜折叠的中间来分析效果对凸缘正常应力分布的折叠方向。 此外,该梁的应变测量偏转下负载引入的位置也被测量(图2和3),以及所施加的力的测定使用液压致动器(图2和3)。4.测试结果4.1.在静态中测试应力分布在结构行为和波纹网梁的应力分布基础上,应变测量分析,在法兰和腹板测得的应力分布代表的波纹腹板梁的整体结构的行为,这还没有深入的研究,在过去。此外,热点应力也测量和研究,而这些在疲劳的行为具有重要意义。本节中的静态试验总结在应变测量中发现的倾向。4.1.1在手风琴效果法兰和网络的影响力正应力测量测量结果表明,在该凸缘的正常应力分布不同,这取决于所分析的截面的位置,内恒定的
20、弯矩区,以下趋势被发现,在平行折叠的线,一般压力是更靠近幅较小和较大远离它,两个凸缘边缘之间的应力分布的趋势是几乎线性,和18至27的差改变为所分析的桁,图7显示了在230千牛负荷水平的测量正应力的标本2号横截面内的平行折。用5应变计放置在下部凸缘和3中的上凸缘。之所以出现这种现象可以通过波纹腹板的结构特点进行说明,在平行折叠的横截面,上部和下部凸缘之间的联锁比在横截面更好有倾斜折,因此,在承载网上贡献比的横截面具有倾斜的折叠更占优势,在横截面具有平行的折,在此观察更多细节可以在Kvesdi等人找到,15。这种行为也被在网络的应变测量显示,在倾斜和在平行折测量正应力分布可以看出,在图8。该图显
21、示了公知手风琴效应是典型的波纹腹板梁和指示该纵向应力都比较小,在网络和优势,在凸缘,此外该图更多的表明,在该倾斜的褶皱的正常应力比在平行褶皱较小,前面的两个因素是彼此相关,并且这导致在凸缘正常应力分布的差异,线(a)所示。图7表示在施加弯矩的假设,只有凸缘被考虑到的惯量计算的计算法向应力和网络部分忽略不计。这种假设是基于所谓的手风琴效应“,其考虑的是在大梁与波纹腹板设计还建议通过欧洲法规3(EN1993-1-516)。在该行的倾斜褶皱,正常压力大致沿着恒定弯矩区整个凸缘宽度相同,和应力比由图线(a)表示的计算值只是稍微小一些,图7。这表明该测量证明假定在一个波纹腹板梁凸缘的正应力可以计算忽略W
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