2002年--橋梁工程外文翻譯--橋面連接信息的有限元建模（譯文）

1、<p>　　7580漢字，5500單詞，2.7萬英文字符</p><p>　　出處：Depiero A H, Paasch R K, Lovejoy S C. Finite-Element Modeling of Bridge Deck Connection Details[J]. Journal of Bridge Engineering, 2002, 7(4):229-235.</p>

2、<p>　　橋面連接信息的有限元建模</p><p>　　Anthony H. DePiero; Robert K. Paasch; and Steven C. Lovejoy</p><p>　　摘要：1960 年之前建立的很多鋼橋梁，他們的橋面板連接常常因為高度循環(huán)使 用而變的疲憊。在接下來的 10—20 年這些連接可能會接近它們的疲勞極限，所</p><

3、;p>　　以將需要更多的檢查和修復。位于俄勒岡州羅斯伯格 5 號州際公路上的溫徹斯特 橋，因為疲勞裂紋擴展需要廣泛更換橋面連接。本報告對溫徹斯特橋的負荷條件 做了詳細評估并闡述了對這一研究的結(jié)果。從全球和地方角度來看，有限元素建 模的方法一般被用來描述結(jié)構(gòu)的特性。全球模型對當?shù)啬Ｐ瓦B接的細節(jié)給予了邊 界條件。當?shù)啬Ｐ桶A鉚釘和摩擦的影響。手算結(jié)果對有限元分析結(jié)果進行了 驗證。分析顯示，細節(jié)的縱向及橫向位置能夠使連接細節(jié)應力變化范

4、圍發(fā)生重大 的變化與波動。</p><p>　　分類號：10.1061/（ASCE）1084-0702（2002）7:4（229）</p><p>　　CE 數(shù)據(jù)庫關(guān)鍵字：有限元方法 ；橋面 ；連接 ；橋梁、 鋼結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　俄勒岡州運輸部 (ODOT )有 549

5、座公路鋼橋結(jié)構(gòu)的庫存。其中一些橋梁建于 1960 年之前，并且這些橋面連接細節(jié)將達到他最后的設計使用壽命。由于長時</p><p>　　間的使用給橋面帶來破壞，因此在未來 10—30 年內(nèi)這些結(jié)構(gòu)將需要更多的檢查</p><p>　　和修復。主要道路上的橋梁則需要更加的注意，因為它們每年要承受多達 100—</p><p>　　500 萬的超大負荷周期。還有一些橋，

6、他們擁有超過 1000 個的連接細節(jié)，因此</p><p>　　使檢查和維修成本變得高昂。到目前為止，我們能在大約 10 種結(jié)構(gòu)中找到帶有 疲勞裂紋的橋面連接細節(jié)。原因是因為，在任何臨界負載面板喪失之前，這些損 壞了的連接細節(jié)都被周密的嚴查過并且做了很好的修復。</p><p>　　此項研究的目標是以溫徹斯特橋為例，精確的估計出特定橋梁連接細節(jié)他的 一個負載條件和應力變化范圍。通過對橋的分

7、析，做出一定的預期，并使之在某 種程度上可以運用到其他橋梁當中。</p><p><b>　　問題說明</b></p><p>　　溫徹斯特橋是一座典型的鋼橋面桁架橋。這座橋之所以被用來研究，是因為 它經(jīng)歷了橋面板系統(tǒng)連接細節(jié)中高循環(huán)的疲勞問題。這座橋在 1953 年和 1963 年建立的時候被分為南北兩個結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)在建筑上非常類似。每個結(jié)構(gòu)都 是由六個跨度達

8、42.7 米（140 ft）的鋼橋面板構(gòu)建而成。圖 1 說明了一個南 向的鋼筋混凝土橋面的跨度。</p><p>　　每個跨度都是由一對其中心線為 6.1 米（20 ft）的鋼桁架組成。每一對桁 架能夠支撐旁邊 9 個 5.3 米（17 ft）的引導梁。這些橫梁之間的部分稱為面板。 每個面板上都有 5 個北向的縱梁。南向結(jié)構(gòu)的在每個面板上則有七個縱梁。一個 150 毫米（6 英寸）厚的鋼筋混凝土橋面板位于頂部，并

9、且被橫梁和縱梁支撐。 北向和南向結(jié)構(gòu)在橫梁及縱梁的尺寸上略有不同。在北向的結(jié)構(gòu)中，橫梁是 W24</p><p>　　×76，縱梁是 W18×50 的鋼梁。在南向的結(jié)構(gòu)中，橫梁是 W278×4，縱梁 W184</p><p>　　×5 的鋼梁。圖 2 展現(xiàn)了橫梁與縱梁的典型連接細節(jié)。</p><p>　　用直徑 22mm 的鉚

10、釘將橫梁和縱梁用夾持角鋼連接起來。并要保證鉚釘孔的 位置在距邊緣 38mm 處，同時要離開中心 75mm。這個夾持角鋼的主要功能是調(diào)整 縱梁與橫梁之間的切變。</p><p>　　自從角鋼在縱梁和橫梁被鉚釘固定后，由于縱梁在輪載荷下扭曲變形，角鋼 受到彎曲應力的影響?？v梁使，如旋轉(zhuǎn)的縱梁年底將彎曲的時刻科目的連接的細 節(jié)。此刻彎曲導致扭曲，導致疲勞裂紋擴展的角度。</p><p>　　已經(jīng)

11、發(fā)現(xiàn)一些連接到溫徹斯特橋上橫梁的縱梁的剪切角度疲勞裂紋長達</p><p>　　100 毫米(4 英寸)。疲勞裂紋擴展通常發(fā)現(xiàn)橋面板梁跨度中兩端連接縱梁的剪切 角度。雖然有些發(fā)現(xiàn)在室內(nèi)剪切的角度。位于右下角的垂直發(fā)展從頂部的剪切視 角下的剪切角裂縫。在 45 °角的剪切角度定向，通常就是斷裂表面的裂縫方向。</p><p>　　圖 3 說明了一個剪切的角度，帶有典型的疲勞裂紋。&

12、lt;/p><p>　　在 1994 年溫徹斯特大橋北行及南行結(jié)構(gòu)進行了維修。為南行結(jié)構(gòu)更換了十</p><p>　　三個破裂夾角共計 16384 美元總成本。類似的工作進行北行結(jié)構(gòu)花了一個 16296 美元。</p><p><b>　　以前的研究</b></p><p>　　對橋面鋪裝體系疲勞問題進行研究至少可以追溯到

13、20 世紀 30 年代。多個以 前的研究成果在指導這項研究的進行時非常有用，下面說明。</p><p>　　?由伊利諾伊大學的威爾遜進行研究探討的連接在鐵路橋連接角的角度與溫徹斯 特橋使用的角度是非常相似的。(威爾遜 1940 年）</p><p>　　?在科羅拉多州商貿(mào)城附近的南普拉特河橋上進行了有限元分析和現(xiàn)場試驗 。</p><p>　?。ú?中南工業(yè)大學等。

14、1996 年）</p><p>　　?國家合作公路研究計劃（NCHRP）報告第 299 號，鋼橋疲勞評鑒程序，是引導現(xiàn)</p><p>　　有橋梁疲勞評價最全面的疲勞評價。（摩西等程序。1987 年）</p><p>　　?阿拉巴馬州的交通運輸部主辦了關(guān)于隔膜梁連接的疲勞研究，同時納入對橋面 鋪裝連接的詳細分析和實驗研究性學習。（斯托林斯等人。1996）<

15、/p><p><b>　　受力分析</b></p><p>　　有兩種分析方法用來計算卡車的活荷載在縱梁上的荷載分布。第一種方法， 被稱為“縱梁載荷分析”，是一種手工計算的線性彈性分析。第二種方法，被稱</p><p>　　為“全球有限元分析”（FEA），是用有限元方法。此外討論了全球的有限元模型 的模型驗證分析。</p><p

16、>　　對于這兩種分析方法， NCHRP299 號報告概述了建議的“標準疲勞車”用來 裝載模型（摩西等人。1987 年）。這輛卡車代表各種不同類型和重量的實際運輸 卡車。它包括兩個每個 10.9Mg（24 硤），以及 2.7Mg（6 硤）前軸后軸。后橋間 距 9.1 米（30 英尺），而前軸和第一后軸間距 4.3 米（14 英尺）。每個軸的寬度 為 1.8 米（6 英尺）。</p><p><b>

17、　　縱梁載荷分析</b></p><p>　　從橋面板到縱梁的卡車負荷的分布是確定剪切角度的重要負荷。每個縱梁的 荷載一項縱向定位在一個橋面板中心的中等長度的儀表盤的疲勞車后軸一起計 算。橫向軸為中心在交通慢線。對于這兩個北行及南行結(jié)構(gòu)，三桁均假定攜帶的 軸的全部重量。這些縱梁是中心線縱梁，二次是縱梁中心線和三次縱梁中心線， 在桁架慢車道。圖 4 顯示了三個特定位置。</p><p

18、>　　三者之間的每個桁斷面作為一個獨立的梁進行了分析，使用梁表（Shigley 和 Mischke1989 年）縱梁載荷計算作為兩端梁的反作用力。</p><p>　　全球的有限元分析模型</p><p>　　北行及南行結(jié)構(gòu)的有限元模型的開發(fā)是為了確定縱梁活荷載的分布。該模型 中包括橋面板梁，桁架，夾角度，鋼筋混凝土橋面。三維（3D）的梁元素用于模 擬橋面板橫梁和縱梁。正交異性板單元

19、被用來模擬鋼筋混凝土橋面。正交異性板 單元的性質(zhì)，確定通過執(zhí)行鋼筋混凝土橋面的分析。這一分析的探討中發(fā)現(xiàn)的“部 分鋼筋混凝土橋面分析”。</p><p>　　梁長度為為 2.5 毫米（0.1 英寸）用于模型創(chuàng)建的剪切的角度和橫梁的邊界 條件。因為邊界梁單元建模的橋面板梁的遵從性，被固定的橋面板梁縱向旋轉(zhuǎn)。 區(qū)域轉(zhuǎn)動慣量的邊界梁元素是設置以便縱梁梁單元結(jié)束時旋轉(zhuǎn)匹配從剪切角度 偏轉(zhuǎn)分析剪切角度旋轉(zhuǎn)。當結(jié)果變成三維有

20、限元模型的數(shù)字（參見“結(jié)果段”）， 邊界梁元素的性質(zhì)進行了調(diào)整。由梁單元的兩個邊界研發(fā)了三維有限元模型的結(jié) 果。在一個模擬的跨度內(nèi)部的連接細節(jié)，以及其他為藍本在跨度連接的細節(jié)。</p><p>　　北行及南行結(jié)構(gòu)建立的一個結(jié)束面板和內(nèi)部面板模型。一個標準的卡車車軸 疲勞用來加載模型。主要的目標是對縱梁負荷的分布。據(jù)邊界的屬性梁元素，面 積轉(zhuǎn)動慣量的縱梁，縱向軸的位置不在縱梁的加載中發(fā)揮重要作用?？v梁上的獨 立加載

21、要強烈依賴的外側(cè)的位置和負載軸的寬度。這一發(fā)現(xiàn)表明詳細的了解縱梁 在車道的關(guān)系中的地位是很重要。它還證實了疲勞卡車的必要性，準確地表示卡 車的實際特點。</p><p>　　全球的縱梁有限元分析模型計算負載介紹如下：</p><p><b>　　鋼筋混凝土橋面分析</b></p><p>　　6 英寸厚鋼筋混凝土橋面?zhèn)鬏斂v梁和橫梁的活荷載。對量

22、化的混凝土橋面的 等效剛度進行分析。在建設的過程中鋼筋被放置在縱向和橫向方向。位置和鋼筋 在每個方向的量是不同的。出于此原因，有必要進行量化鋼筋混凝土橋面每個方 向的剛度特性。</p><p>　　橋面的正交特性，計算了以下的鋼筋混凝土設計（埃弗拉德和坦納 1966 年） 所概述的程序。每單位寬度慣性面積計算的時刻是橫向和縱向的方向。該地區(qū)的 慣性力矩，然后用來尋找一個 152 毫米（6 英寸）厚的均勻橋面板等效

23、彈性模量。 彈性所產(chǎn)生的橫向和縱向的方向模量分別為 8964 兆帕斯卡（1300ksi）和 3765 兆帕（546ksi）。</p><p>　　受力分析 兩種分析方法，用來計算活卡車負荷的荷載分布。第一種方法，被稱為“縱梁載 荷分析”，是一個線性彈性分析手工計算。第二種方法，被稱為“全球有限元分 析”（FEA），是用有限元方法。此外討論了全球的有限元模型的模型驗證分析。 對于這兩種分析方法， NCHRP29

24、9 號報告概述了建議的“標準疲勞車”用來裝載 模型（摩西等人。1987 年）。這輛卡車代表各種不同類型和實際運輸卡車的重量。 它包括兩個每個 10.9Mg（24 硤），以及 2.7Mg（6 硤）前軸后軸。后橋間距 9.1 米（30 英尺），而前軸和第一后軸間距 4.3 米（14 英尺）。每個軸的寬度為 1.8 米（6 英尺）。</p><p><b>　　模型驗證</b></p>

25、<p>　　為了量化活荷載，并協(xié)助驗證分析，現(xiàn)場測試是在溫徹斯特橋。五個應變計 安裝在底部翼緣的頂部表面三桁在跨中和兩個樓之一的北跨梁結(jié)構(gòu)。應變計分別 在第一和第二層安裝的第一跨梁。從第一個和第二雙縱梁面板是用電阻應變片裝 置。圖 4 顯示了有關(guān)的縱梁和橋面板梁應變計的位置。在正常交通流狀況下收集 資料并且上下兩條開放，在慢線限制下測試已知重量的卡車。表 1 顯示了關(guān)于測 試卡車重量和隨機卡車交通流量的全球有限元分析模型，

26、通過縱梁實測流量計算 的應力范圍進行比較。根本的方法是將平均貨車流量的隨機測量應力范圍進行 比較，在全球范圍與標準的有限元疲勞卡車裝載模型計算應力立方體。</p><p>　　實測應力比從全球的有限元模型計算的低。這可以部分解釋之間的橋面上， 而不是在全球有限元模型模擬了縱梁復合互動。如果剪切載荷之間的橋面和縱梁 轉(zhuǎn)讓，轉(zhuǎn)移的中性軸的慣性向上和增加面積的時刻。這增加了縱梁的截面模數(shù)， 在一個較低的應力范圍造成的。

27、</p><p>　　橋面和縱梁的復合互動可以被量化，如果應變的數(shù)據(jù)在頂部和底部翼緣可 用。應變范圍的比值可用于計算的中性軸的位置，和已知的負載和底部翼緣應變 范圍可用于計算截面模數(shù)。慣性的有效面積可瞬間計算出新的中性軸的位置和新 的截面模量。</p><p>　　另一個導致計算和測量應力范圍差異的可能的原因是，實際的鋼筋混凝土橋 面硬比計算。更硬的橋面板將增加軸重分配給其他縱梁。<

28、/p><p>　　全球的有限元分析的結(jié)果</p><p>　　模型的結(jié)果用來分析計算每個縱梁總垂直荷載。一個重要的垂直負荷被認為 是一種大于 1360 kg （3000 磅 ）的基于以前的手工計算。每個面板的北行的 結(jié)構(gòu)中的兩個縱梁顯著加載的這一標準。它們包含在慢車道邊的中心線縱梁與第 二中心線縱梁負載。每個面板的南行的結(jié)構(gòu)中的三個縱梁明顯發(fā)現(xiàn)被加載。他們 包括慢線一側(cè)的中心線縱梁、 第二和第

29、三中心線縱梁。表 2 顯示北行及南行結(jié) 構(gòu)縱梁負荷。</p><p>　　調(diào)查結(jié)果顯示這兩種方法是合理的協(xié)議。這是值得注意的因為受力分析的縱 梁被假定三縱梁執(zhí)行整個軸負荷。這些研究結(jié)果表明，這種假設是 150 毫米（ 6 英寸）的鋼筋混凝土橋面板是合理的。</p><p>　　剪貼畫角變形和應力分析</p><p>　　剪切的角度創(chuàng)建一個唯一縱梁的邊界條件。剪切角鋼

30、連接的法規(guī)遵從性是理 想的固定與壓制之間的連接?？v梁加載時，剪切角與縱梁生成結(jié)束反應力矩 Mo。 剪切角度偏轉(zhuǎn) dm、縱梁結(jié)束旋轉(zhuǎn) ust ,和剪切角應力水平都取決于 Mo。由于只 有活載作用被認可，剪切角應力的最高水平將轉(zhuǎn)換為應力范圍。三種分析方法被</p><p>　　用來調(diào)查這種關(guān)系，其中兩個在下面幾節(jié)中討論。有一個近似的分析表格用來支 撐的有限元分析的結(jié)果，但不在本文中介紹。</p><

31、;p>　　剪貼角的二維有限元分析模型</p><p>　　2D 的有限元模型的剪切角度的頂部被發(fā)展來確定撓度和強調(diào)剪切的角度范 圍。單位深度的平面應力板元素用來建立模型。圖 5 顯示了邊界條件和 2D 的 有限元模型的加載</p><p>　　固定的邊界條件用于模型的橫梁及縱梁剪切角度的鉚接連接。從鉚接的剪切 角度和橫梁和縱梁之間的連接頂部的剪切角度來看，他們實際上位于頂部 38 毫

32、 米（1.5 英寸）。這種簡化的法規(guī)遵從性的減少了，但很必要，是因為 2D 模型 的性質(zhì)。均勻壓力負荷 σo 被應用到剪切角模型頂部的縱梁該剪切角度的軸向 載荷的縱梁腿。通過剪切角厚度劃分每單位長度 FR 來建立壓力負荷是 M0 時縱 梁的最終的結(jié)果和發(fā)現(xiàn)的表達式。σo 的表達是：</p><p>　　其中 tC5 厚度的剪切的角度 ；h5 高度的剪切的角度 ；Mo 是縱梁轉(zhuǎn)入的剪切 的角度。</p>

33、<p>　　在結(jié)果部分列出了應力范圍和不同的剪切角度的撓度。</p><p>　　剪貼角的三維有限元分析模型</p><p>　　剪切角、 特約，和橋面板梁的一段三維有限元模型的開發(fā)是為了準確地確 定變形和應力的剪切的角度。剪貼角、 縱梁，樓面梁被網(wǎng)作為獨立的零件使用 六面體磚的元素。對稱平面被用來減少的模型中的元素數(shù)。模型下的縱梁和橫向 縱梁的中點的中心縱向放置的對稱平面分

34、為四個象限。</p><p>　　滑面被用作接口之間的三個部分。聯(lián)系算法允許非線性等方面的差距和摩擦 滑動，進行建模。</p><p>　　縱梁、剪切角度來看和橫梁之間的鉚接的連接了模型的重要部分。用于連接 縱梁的鉚釘(樓面梁)和剪切角被網(wǎng)作為縱梁(樓面梁)。滑面用鉚釘和剪切角之 間。預緊力 11.3 t（ 25 千磅）被應用到近似預安裝為鉚釘。</p><p>　

35、　通過幾個因素進行了調(diào)查，以確定其對剪貼畫角的變形和應力范圍的影響。 以下各節(jié)將對它們進行討論。</p><p><b>　　元素的密度</b></p><p>　　元素密度是調(diào)查的第一因素。一般情況下，直到網(wǎng)格是足夠精細，有限元模 型的準確性會隨著元素的數(shù)目增加。在這種情況下，進一步的網(wǎng)格優(yōu)化不能顯著 增加的準確性。隨著的元素數(shù)目的增加，還會增加分析時間。</

36、p><p>　　對模型的元素密度影響更改整個剪切角度的厚度的元素的數(shù)目。它被發(fā)現(xiàn)剪 切角度的撓度和縱梁結(jié)束自轉(zhuǎn)并不取決大大的元素的密度。應力范圍卻取決于密 度。</p><p>　　當跨在 9.5 毫米（0.38 英寸）的元素個數(shù)。厚的剪貼角增加四至五個，增 加了 8%的最大應力范圍。當元素的數(shù)目已從五至六時，最大壓力范圍只增加了 4%。報告結(jié)論認為，對于在 9.5 毫米（0.38 英寸）厚的

37、剪切角度來看，跨厚度 的六個元素是充分的。</p><p>　　當跨厚度 13 毫米（0.50 英寸）中的元素數(shù)。厚剪貼角從 5 到 6 個，增 加了 17%的最大應力范圍增加。當元素的數(shù)目增加從六到七時，最大應力范圍只 增加了 5%。報告結(jié)論認為，對于在 13 毫米（0.50 英寸）厚的剪切角度來看， 跨厚度的七個元素是充分的。</p><p><b>　　邊界條件</b

38、></p><p>　　橋面板梁網(wǎng)格的邊界條件對變形和應力的剪切的角度有重要差異。橫梁與連 接到只有一側(cè)的縱梁范圍的結(jié)束時的范圍與從橋面板梁縱梁連接到雙方具有不 同邊界條件。兩個集的邊界條件橋面板梁網(wǎng)進行了調(diào)查。他們是固定的旋轉(zhuǎn)模型 和固定的頂部翼緣模型。</p><p>　　室內(nèi)橋面板梁都使用固定的旋轉(zhuǎn)模型建模。在此模型中，橋面板梁旋轉(zhuǎn)被固 定在整個網(wǎng)格的長度。模型被假定室內(nèi)橋面板

39、梁的旋轉(zhuǎn)角度為零，這是因為他們 的旋轉(zhuǎn)限制縱梁附加到雙方的橋面板梁網(wǎng)格。</p><p>　　橫梁范圍的結(jié)束時都使用固定的頂部翼緣模型建模。在此模型中，樓面梁端 和樓面梁上的翼緣被固定。樓面梁上的翼緣被固定模型用于橋面板梁的鋼筋混凝 土橋面板的限制。</p><p><b>　　鉚釘預緊力及摩擦</b></p><p>　　鉚釘預緊力和摩擦被用

40、來增加鉚釘?shù)倪B接模型的準確性。預緊的鉚釘降溫鉚 釘，導致他們熱合同中的應用?？v梁加載之前，這是在時間的一個步驟，通過更 改從 0.0 到 0.5 的磨擦系數(shù)的應用摩擦。靜態(tài)和滑動摩擦系數(shù)輕鋼輕鋼分別被 假定為 0.74 和 0.57（Marks 1996）。</p><p>　　當摩擦和鉚釘預被應用到模型中，縱梁和剪切角之間的連接被更改。預緊的 鉚釘生產(chǎn)高正常部隊在縱梁、 剪切角、 橫梁和鉚釘之間的接口。從摩擦力

41、增加 的剛度縱梁和剪切角度來看，可以減少縱梁結(jié)束旋轉(zhuǎn)和提高傳輸?shù)郊羟械慕嵌鹊?彎曲力矩之間的連接。</p><p>　　預緊力及摩擦也更改通過的剪貼角應力。當沒有預緊力及摩擦時，鉚釘?shù)呢?載被迫到處鉚釘孔。當應用預緊力及摩擦時，負載轉(zhuǎn)遞了鉚釘孔跨鉚釘、 剪切</p><p>　　角度和縱梁之間的摩擦力，這導致應力集中的剪切的角度更本地化。應力集中的 位置將在下文討論。</p>

42、<p>　　剪貼角厚度是另一個被調(diào)查的因素。模型制作成為 9.5 毫米（0.50 英寸）和 13 毫米（0.50 英寸）。厚的剪切的角度。對于相同的加載和橋面板梁邊界條件的固 定旋轉(zhuǎn)，是 13 毫米（0.50 英寸）的撓度。剪切角度為 28%低于在 9.5 毫米（0.38 英寸）。剪切角度來看和最大應力范圍下跌 8％。旋轉(zhuǎn)的結(jié)束與在 13 毫米（0.50 英寸）的縱梁。剪切角度是約 12%低于在 9.5 毫米（0.38 英寸

43、）剪切角度。</p><p><b>　　結(jié)果</b></p><p>　　從三維有限元模型預測的偏轉(zhuǎn)撓度比從 2D 的有限元模型預測的約小 16%。 這是因為在三維有限元模型中有縱梁和剪切角之間的相對運動。在 2D 的有限元 模型中，假設了剪切角度的旋轉(zhuǎn)和縱梁結(jié)束桁的旋轉(zhuǎn)是一樣的。相對運動增加了 連接的依從性，減少了彎矩應用到剪切的角度。</p>&l

44、t;p>　　圖 6 是 2D 有限元模型的最大主應力條紋曲線。該地塊基于 4.5 t （10 硤 尾) 縱梁負載，條紋圖顯示 96.5 MPa (14000 psi) 到 234.4 MPa (34000 psi) 應力值的范圍。</p><p>　　有兩個區(qū)域，應力水平達到峰值。第一個是位于剪切角度相連的橫梁上。這 與應力峰值不相關(guān)，因為在該位置簡化了鉚接的連接。其他的峰值應力區(qū)位于縱 梁腿上的圓角的根部

45、。</p><p>　　橫梁固定的旋轉(zhuǎn)模型用于模擬附加到內(nèi)部橫梁的剪切角度。橫梁的頂部固定 的翼緣模型用于模擬連接到橫梁末的剪切角度。圖 7 是從 3D 有限元模型（固 定旋轉(zhuǎn)模型）內(nèi)部面板中的剪切角度的最大主應力條紋曲線。圖 8 為從 3D 有 限元模型（固定的頂部翼緣模型） 末尾的剪切角度范圍的最大主應力條紋曲線。 在這兩種情況下，縱梁加載 4.5 t （10 硤），條紋圖顯示 62.1 MPa (9000

46、psi)</p><p>　　到 117.2 MPa (17000 psi)應力值的范圍。</p><p>　　圖 7 所示的固定的旋轉(zhuǎn)模型的最大應力有 118 MPa (17,100 psi) 。圖 8 所</p><p>　　示頂部翼緣的模型剪切角下的最大應力有 101 MPa (14,700 psi)，低于固定的</p><p>　　旋

47、轉(zhuǎn)模型的最大應力值約 14%。旋轉(zhuǎn)固定模型中的頂部翼緣的計算為 0.00095 rad，而旋轉(zhuǎn)固定模型的縱梁計算是 0.00065 rad。在這縱梁末增加 46%的旋轉(zhuǎn)</p><p>　?。ㄔ谠试S范圍內(nèi)）導致應力只有 14%的跌幅，這一點值得注意。</p><p>　　從這兩個 3D 的有限元模型和 2D 的有限元模型中發(fā)現(xiàn)的最大應力的相匹配的 的位置。最大主應力位于縱梁側(cè)的剪切角圓角的

48、根部。有一個高應力區(qū)域位于邊 橫梁圓角的根部。這是本地高應力計算剪切角應力分析中的同一位置。邊橫梁的 圓角應力只有彎曲應力，縱梁偏角的應力則是軸向和彎曲應力的組合。</p><p>　　表 3 顯示了從每個剪切角度用不同的分析方法計算的應力。三維有限元模 型計算的剪切角應力比 2D 的有限元模計算出的要小得多?？v梁和剪切角之間的 相對運動增加了連接的依從性，減少了彎矩應用到剪切的角度。這樣就導致了應 力值的減小。

49、</p><p>　　表 3 還顯示剪切的角度的縱向位置影響傳輸?shù)郊羟薪嵌鹊牧睾奢d的嚴重 程度和應力范圍。當縱梁加載時，每一端的反應時間取決于兩端的邊界條件。在 橋跨結(jié)尾處剪切角連接到橫梁上創(chuàng)造出一個不同的邊界條件，即使它們有相同的 邊界條件，，因為縱梁的另一端有創(chuàng)建更多符合邊界條件標準的剪輯角度，附加 到橫梁端面板中的剪切角將承受比在內(nèi)部面板剪切角高的負荷。</p><p><b

50、>　　摘要和結(jié)論</b></p><p>　　ODOT 鋼橋清單中的典型鋼橋面桁架橋的分析。其中一些結(jié)構(gòu)包含容易疲勞 損傷累積的橋面板系統(tǒng)連接詳情。剪切角度的主要功能是轉(zhuǎn)交縱梁的剪力到橫梁 上。剪切角鉚接縱梁和橫梁，因為他們受到致縱梁在活卡車荷載作用下的撓度彎 曲。即使從橋上采取的應變數(shù)據(jù)表明應力范圍估計是保守的，但執(zhí)行此項目的分 析表明，連接的細節(jié)可能容易疲勞損傷。分析的保守估計，可能是低估了

51、橋面板 和縱梁橫梁的支持的混合作用的結(jié)果。</p><p>　　我們建議額外更多數(shù)量的的驗證工作，從而確定有效面積轉(zhuǎn)動慣量和中性軸 的位置。這些量可用于改善應力和疲勞分析的準確性。這額外的驗證工作將包括 實驗量化的縱梁與橫梁，端及內(nèi)飾板的頂部和底部翼緣的應變。三維有限元分析 應再重復，調(diào)整獲得橋面板與實地工作桁架的復合作用。</p><p>　　分析表明，附加到內(nèi)部橫梁的剪切角度應承受最高

52、最大的應力并因此展現(xiàn)出 最短的疲勞壽命。這座橋的實際情況顯示連接到外部的橫梁的剪切角是最容易疲 勞的。這種差異的原因仍有待確定。</p><p>　　3D 應力分析顯示的最大主應力區(qū)相當?shù)谋镜鼗Ｔ黾拥牧鸭y超出此區(qū)域可 能導致降低的應力值和裂縫自身停止。我們進一步建議用有限元分析的代碼分析 處理與這種現(xiàn)象關(guān)聯(lián)的疲勞裂紋的奇異性。此外，疲勞裂紋生長模型可更準確的 包括裂紋的開始階段。</p><