某栓焊钢桁梁牛腿分析_李兴坤.pdf

收稿日期:2 0 2 2-0 5-0 6作者简介:李兴坤(1 9 8 5)男,高级工程师,硕士。某栓焊钢桁梁牛腿分析李兴坤1,邢建鑫2,蔺鹏臻3(1.天佑京铁轨道技术有限公司;2.北京铁路局 北京西工务段,北京 1 0 0 0 0 0;3.兰州交通大学,甘肃 兰州 7 3 0 0 7 0)摘 要:我国现役的大多数老龄钢桥的许多部位都出现了缺陷,文章以某栓焊钢桁梁为例,对容易出现裂纹的牛腿,首先用C i v i l M i d a s建立桁架模型加载进行内力和位移计算,并用AN S Y S建立局部实体模型,进行局部应力分析,分析了该部位的应力状况,以期为旧钢桥的维护工作提供借鉴。关键词:钢桁梁;载荷;裂纹 中图分类号:U 4 4 8.2 1+1 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 76 9 2 1(2 0 2 3)0 20 1 0 30 31 桥梁概况某栓焊钢桁梁,桥梁全长4 0 4.8 m,由1联3孔1 2 8 m栓焊连续下承式钢桁梁组成,桁高1 3.4 m,桁宽8 m,节间8 m,主桁采用1 5 M n VN q钢,其他部位采用1 6 M n q钢。混凝土T型桥台,扩大基础置于片麻岩地基,圆端型桥墩,圆形沉井基础,基础底部位于砾石夹卵石地层。2 旧钢桥疲劳特性旧钢桥的疲劳有自身的特性,其寿命评估不能按照一般的方法进行评价,它有自己的一些固有的特性。桥梁结构的评估不能按照一般结构静荷载来进行评估,首先,桥梁结构不但有自己结构的重力,还有来自上面的承受的其他荷载,比如动荷载。动荷载种类多,周期不同。而且,桥梁结构评估不仅要考虑单个构件,还要考虑构件构成的小结构,更重要的是还好考虑桥梁结构整体的系统性,因此不能简单地对某一构件直接按照材料力学理论来进行分析,还要考虑整体受力情况,系统的协调性问题,不仅仅考虑强度,还要考虑刚度问题等,是一个整体性系统考虑。既有的钢桥评估和新建的钢桥有不同,它不仅考虑新钢桥设计所考虑的问题,还要考虑既有的钢桥的一些病害及损伤。新桥考虑的是未来运营出现的一些荷载,及这些荷载加载下的计算,而既有钢桥不仅考虑未来出现的运营荷载,还要考虑已经发生过的荷载对其存在的影响,综合进行评估,计算复杂程度要高,考虑的细节也比较多。3 宏观裂纹的形成根据受力的不同,断裂的宏观模式可分为3种基本形式,如图1宏观裂纹的基本形式。型(张开型):在拉应力作用下,裂纹沿向上、向下张开。型(滑开型):在与裂纹尖端线垂直的剪应力作用下,裂纹面沿剪应力方向相对滑动产生裂纹。型(撕开型):在与裂纹尖端线平行的剪应力作用下,裂纹面沿剪应力方向相对滑动产生裂纹。图1 宏观裂纹的基本形式 在实际中,笔者遇到钢构件出现的裂纹一般是复合型,这种复合型的裂纹研究的问题重点在于裂纹扩展的方向和裂纹扩展的临界状态。虽然经过多年的努力和实践,判断依据有了一定的提高,但3012 0 2 3年1月内 蒙 古 科 技 与 经 济J a n u a r y 2 0 2 3第2期 总第5 1 6期I n n e r M o n g o l i a S c i e n c e T e c h n o l o g y&E c o n o m yN o.2 T o t a l N o.5 1 6是还未成熟,因此在实际工程中遇到的实际问题,我们目前仍然采用一些近似断裂判据。这一领域还需要根据现实情况进一步研究和提高,以便于以后判断有比较准确的判断依据。4 裂纹对材料的影响在一般的裂纹弹性体受到外力作用后,通常都会有局部应力集中现象,而应力集中将导致材料的理论断裂强度高于材料实际的断裂强度。我们举例子假设来说,如图2所示,理想化的一块“无限大”薄板,在受单向均匀拉应力作用后,板中存在贯穿椭圆形切口,其最大应力发生在长轴端点,见图2。图2 椭圆切口受拉无限大薄板在检查过程中,笔者发现该桥存在一些问题,该桥牛腿部位有裂纹,并且裂缝依旧发展。笔者推测这个裂纹发生的可能原因是在制作时使得部分部位损伤或者本身就存在内在的瑕疵以及构件疲劳和局部应力集中。5 桥的静力计算根据静载加载要求。建立C i v i l M i d a s单片桁模型,具体见图3、图4。图3 单片桁模型图4 单片结构经计算得出各杆件的内力和位移。为测定纵横梁体系桥面在静载作用下的应力,笔者还针对桥梁中横梁进行了最不利计算。计算中,采用了桥面简支边界模型,见图5。单片模型计算结果见表1。图5 桥面简支边界模型表1 单片桁模型理论计算杆件最大拉力/k N 最大压力/k N 主受力方向E 2 3 E 2 4 2 5 3 6-1 0 5 1拉E 1 6 E 1 7 3 5 5-2 1 0 3压E 1 5 E 1 6 4 9 8-1 8 8 0压E 8 E 9 3 2 2 8-1 1 2 8拉E 7 E 8 3 5 3 3-8 7 8 拉A 2 3 A 2 4 8 8 3-2 6 0 0压A 1 6 A 1 7 2 4 1 3-5 3 1 拉A 1 5 A 1 6 2 4 1 3-5 3 1 拉A 8 A 9 1 0 0 3-3 4 4 9压A 7 A 8 1 0 0 3 -3 4 4 9压A 2 3 E 2 3 3 3 3 0 拉E 1 6 A 1 7 3 4 5-2 1 6 8 压A 1 5 E 1 6 6 5-2 3 8 0压E 8 A 9 4 6 6-2 1 2 拉A 7 E 8 3 5 6 -2 4 5 拉E 0 A 12 4 5 -1 8 7 6 压 根据最不利加载得出边界内力和位移,使用AN S Y S建立局部实体模型,进行局部应力分析,分析该部位应力状况。单元采用s o l i d 6 5。取节件1/4模型,牛腿构造见图6、图7。图6 AN S Y S整体视角401总第5 1 6期内 蒙 古 科 技 与 经 济图7 AN S Y S局部视角计算采用位移约束:选取第一节间位移进行静力计算,计算的v o n M i s e s应力结果见图8,图9。图8 AN S Y S整体视角v o n M i s e s应力从图8、图9中可以看出,在牛腿与纵横梁接触部位应力较大,在3 2 9 MP a4 0 0 MP a之间。材料的屈服点约为4 0 0 MP a,说明在这些部位材料容易发生破坏。图9 AN S Y S局部视角v o n M i s e s应力6 结论鉴于该桥部位存在既有损伤,建议在日常维护中加强观测,做好记录,定期做好维护工作,对上述结构中应力较大部位进行定期细微观测,必要时进行合理的局部加固或者更换。参考文献1 吴冲.现代钢桥(上册)M.北京:人民交通出版社,2 0 0 6.2 雷俊卿.2 0世纪中国公路钢桥的现状评估与对策J.公路,2 0 0 0(1):2 0-2 3.3 李莹.公路钢桥疲劳性能及可靠性研究D.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2 0 0 8.4 王春生.铆接钢桥剩余寿命与使用安全评估J.中国铁道科学,2 0 0 4(3):1 2 8-1 4 0.(上接第1 0 2页)WK系列电铲每年可多剥离岩石5 8 3万 m3,不仅有效地提高了工作效率,还减轻了一线员工的劳动强度,减少了检修人员暴露率,极大地降低了安全风险。6 结束语WK系列电铲做为黑岱沟露天煤矿剥离主采设备,设备数量多、生产任务重、作业条件艰苦、设备构造复杂,由此产生的故障点比较多,尤其是滑动轴承配合销轴的连接方式应用广泛,通过本次WK电铲多功能销套拆装机的研发,成功突破了制约露天煤矿采剥设备销套故障检修的难点,也可以继续探索更加广泛的应用,进一步提高设备检修的自动化、智能化程度,其研究成果和内容填补了国内相关领域的空白,对露天煤矿设备检修领域的技术创新、维修能力、产业升级有重要的意义。参考文献1 姬长生,马军.黑岱沟露天煤矿开采工艺的理论与实践M.徐州:中国矿业大学出版社,2 0 1 0:1 0 6-1 0 9.2 贺 栋,安 培 松.一 种 新 型 电 铲 提 梁 销 轴:C N 2 1 0 8 8 7 3 5 8 UP.2 0 2 0-0 6-3 0.3 李耀,徐立明,董玉忠,等.轮胎式液压挖掘机(X E 2 1 0 W):C N 3 0 2 5 3 5 6 5 4 SP.2 0 1 3-0 8-1 4.4 张宁,席建中,韩成春.一种挖掘机破碎锤的振动能吸收装置的研究与开发J.液压与气动,2 0 1 2(8):2.5 崔波波,梁继山,赵南,等.一种挖掘机液压快换装置:C N 2 1 0 3 1 5 7 1 4 UP.2 0 2 0-0 4-1 4.501李兴坤,等 某栓焊钢桁梁牛腿分析2 0 2 3年第2期