钢桥贯通疲劳裂纹扩展行为预测方法研究

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1、桥梁建设2015年第45卷第2期(总第231期)BridgeConstruction，Vo1．45，No．2，2015(TotallyNo．231)53文章编号：1003—4722(2015)02—0053—05钢桥贯通疲劳裂纹扩展行为预测方法研究鞠晓臣，田越，潘永杰，赵欣欣(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081)摘要：为研究面外弯曲作用下的贯通疲劳裂纹扩展行为，以某公铁两用钢桥的工字形横梁腹板为对象，运用公路加载的方式，对横梁腹板竖向加劲肋焊端的应力进行荷载试验，利用有限元程序ABAQUS建立横梁腹板模型，将疲劳裂纹引入模型

2、，利用位移外推法计算裂纹前端应力强度因子，结合最大能量释放率法对疲劳裂纹的扩展行为进行预测。结果表明：腹板的面外弯曲是该部位出现疲劳开裂的主要原因；贯穿疲劳裂纹是I型为主的混合型疲劳断裂；等效应力强度因子随着裂纹的增长先增加后减小，裂纹的扩展角度随着裂纹的增长有所增加，预测角度与实际观测到的裂纹扩展角度近似一致。因此，利用位移外推法和最大能量释放率法可有效预测钢桥疲劳裂纹扩展行为。关键词：钢桥；加劲肋；疲劳裂纹；面外弯曲；有限元法；强度因子；断裂力学；最大释放率准则中图分类号：U448．36；U441文献标志码：AStudyofPredic

3、tionMethodsforPropagationBehaviorofThroughFatigueCracksinSteelBridgeJUXiao—chen，TIANYue，PANYong-jie，ZHAOXin‘xin(RailwayEngineeringResearchInstitute，ChinaAcademyofRailwaySciences，Beijing100081，China)Abstract：Tostudythepropagationbehaviorofthethroughfatiguecracksinsteelbridg

4、eun—dertheactionofout—of—planebending，thewebsoftheI—shapecrossbeamsofarail—cure—roadsteelbridgeweretakenastheobjectsandtheloadtestsforthestressintheweldedendsoftheverticalstiffenersofthewebsweremade，usingthewayofhighwayloadapplying．Thefiniteele—mentprogramABAQUSwasusedtoes

5、tablishthemodelsforthewebs．Thefatiguecrackswereintroducedtothemodels，thestressintensityfactorsofthefrontendsofthecrackswerecalculat—edbythedisplacementextrapolationmethodandwithreferencetothemaximumenergyreleaseratemethod，thepropagationbehaviorofthecrackswaspredicted．There

6、sultsindicatethattheout-of—-planebendingofthewebsisthemajorcauseleadingtothefatiguecracksinthepartsofthewebs．ThethroughfatiguecracksarethemixedmodefatiguefracturemainlybasedonmodeIcrack．Theequivalentstressintensityfactorsincreasefirstlyandthendecreasewiththeincreaseofthecr

7、acklength．Thecrackpropagationanglesincreasetosomeextentwiththeincreaseofthecracklengthandthepredictedandactuallyobservedcrackpropagationanglesareapproximatelyi—dentica1．Insuchcase，thedisplacementextrapolationmethodandthemaximumenergyreleaseratemethodcanbeusedtoeffectivelyp

8、redictthepropagationbehaviorofthefatiguecracksinsteelbridge．收稿日期：2O14—06—3O基金项目：一等中国博士后科学