钢桁架桥梁鸟嘴式焊接节点的疲劳性能与设计方法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51678359
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0805.工程材料
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

As a new type of square hollow section (SHS) welded joint in steel truss bridges, bird-beak joint provides higher static strength and in-plane rigidity when compared to the conventional SHS joints. However, its fatigue behavior under cyclic loading is unknown. This project aims at systematically investigating the fatigue behavior and failure modes, as well as developing design methods for bird-beak SHS welded joints. By employing both experimental and numerical analyses, the influences of various non-dimensional geometric parameters of the connection on hop-spot stress will be determined, followed by developing stress concentrate factors (SCF) using mathematical fitting. In addition, high-cycle fatigue tests and crack propagation simulations will be conducted, and the fatigue fracture modes and damage mechanisms will be identified with respect to initial imperfection, crack propagation, and fracture morphology. An analytical model of crack propagating and hop-spot stress range versus number of cycles (S-N) curves will be established using Linear-Elastic Fracture Mechanics (LEFM). The ultimate fatigue failure criterion considering degradation of structural rigidity and load carrying capacity of the joint will be proposed based on non-linear FEA of the joint models with various levels of fatigue damage. Finally, the hot-spot stress based fatigue design method and the performance degradation based prediction approach of residual fatigue life will be developed, respectively for new construction and cracked in-service bird-beak SHS welded joints, and recommendations for engineering application will be proposed. The study will provide a scientific basis for the formulation and revision of respective code provisions, and will promote implementation of bird-beak welded joints in bridge structures.
鸟嘴式节点是钢桁架桥梁中一种新型的方钢管相贯焊接节点,它具有比传统方管节点更好的静力性能,但在交变荷载作用下的疲劳性能尚不明确。本项目围绕鸟嘴式节点的疲劳性能及其设计方法开展系统性研究。首先采用试验和数值方法对节点的热点应力特性开展研究,得到几何无量纲参数的定量影响规律,并建立应力集中系数(SCF)计算公式;随后开展节点的高周疲劳试验和裂纹扩展数值模拟,从初始缺陷、裂纹扩展、断口形态等方面揭示其疲劳破坏过程与机理;进一步基于断裂力学理论推演,建立节点的裂纹扩展速率模型和热点应力幅-疲劳寿命(S-N)曲线,并通过含裂纹节点的非线性有限元分析,提出基于刚度和承载力退化的疲劳失效判定准则。在此基础上,最终建立分别针对新建和在役鸟嘴式节点的疲劳设计方法和开裂后剩余疲劳寿命评估方法,并提出工程应用建议。研究成果将为制定、完善相关的设计规范条文提供科学依据,有利于此类节点在桥梁工程中的推广和应用。

结项摘要

本项目针对钢桁架桥梁中的鸟嘴式焊接方管X形和K形节点,系统性开展了疲劳性能及疲劳设计方法研究,具体研究内容和研究成果包括:.(1)制作了8个鸟嘴式X形节点试件和8个鸟嘴式K形节点试件,开展支管轴力、支管面内弯矩、支管面内复合受力工况下的应力集中试验研究,探明了此类节点的热点应力分布规律和敏感热点位置。同时基于有限元参数分析揭示了节点几何无量纲参数(β、γ、2τ)对应力集中系数(SCF)的影响规律,并提出了SCF计算公式。.(2)基于SCF实测值和目标热点应力幅,对16个节点试件进行高周疲劳加载,得到了节点的疲劳破坏模式、裂纹扩展过程、刚度退化及疲劳寿命等关键性能指标,结果表明:节点裂纹的初始萌生位置与最大SCF位置高度吻合;采用贯穿壁厚寿命N3作为此类新型节点的疲劳设计寿命是安全合理的。同时采用Franc 3D软件对试验节点的疲劳裂纹扩展过程进行了数值模拟,将疲劳破坏模式和裂纹扩展与试验结果对比,验证了边界元模型的准确性,并从断裂力学角度揭示了疲劳断裂机理。进一步对疲劳裂纹扩展全过程的节点刚度进行分析,建立了鸟嘴式节点的疲劳失效判定准则。.(3)将鸟嘴式节点试件的疲劳寿命实测值与国际焊接协会IIW疲劳设计规范中的Srhs-N曲线进行对比,结果表明:IIW设计曲线可用于鸟嘴式节点的疲劳寿命预测,在此基础上建立了鸟嘴式节点基于热点应力的疲劳设计方法。进一步基于裂纹扩展数据及疲劳失效判定准则,建立了鸟嘴式节点基于性能失效的开裂后疲劳寿命评估方法。.研究成果为鸟嘴式方管节点在动力荷载作用下的疲劳性能和疲劳设计方法提供了科学依据和重要参考,有助于推动此类新型方管节点在公路、铁路钢桁架桥梁工程中的应用。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(0)
Parametric FE modeling to predict hot spot stress concentrations of bird-beak SHS joints in offshore structures
用于预测海上结构中鸟嘴 SHS 接头热点应力集中的参数有限元建模
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2018.04.077
  • 发表时间:
    2018-07
  • 期刊:
    Ocean Engineering
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Cheng Bin;Li Chen;Lou Yu;Zhao Xiaoling
  • 通讯作者:
    Zhao Xiaoling
Stress concentration factors of bird-beak SHS X-joints under brace axial forces
支撑轴向力作用下鸟嘴型SHS X型接头的应力集中系数
  • DOI:
    10.1016/j.jcsr.2018.08.016
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
    Journal of Constructional Steel Research
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Li Chen;Huang Fenghua;Lou Yu;Cheng Bin
  • 通讯作者:
    Cheng Bin
方型鸟嘴式十字节点在支管非对称轴力作用下的应力集中特性研究
  • DOI:
    10.13849/j.issn.1006-6578.2018.03.059
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    空间结构
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李琛;娄煜;程斌
  • 通讯作者:
    程斌
Hot spot stress and fatigue behavior of bird-beak SHS X-joints subjected to brace in-plane bending
支撑面内弯曲鸟嘴型SHS X型接头的热点应力和疲劳行为
  • DOI:
    10.1016/j.tws.2020.106701
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Thin-Walled Structures
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Cheng Bin;Huang Fenghua;Li Chen;Duan Yinghao;Zhao Xiao-Ling
  • 通讯作者:
    Zhao Xiao-Ling
SCF of bird-beak SHS X-joints under asymmetrical brace axial forces
非对称支撑轴向力下鸟嘴型 SHS X 接头的 SCF
  • DOI:
    10.1016/j.tws.2017.11.009
  • 发表时间:
    2018-02
  • 期刊:
    Thin-Walled Structures
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Bin Cheng;Chen Li;Yu Lou;Xiao-Ling Zhao
  • 通讯作者:
    Xiao-Ling Zhao

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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