تحلیل تنش و ارزیابی خستگی اتصالات تیرچه طولی به صفحه عرشه به روش مکانیک شکست در عرشه‌های ارتوتروپیک فولادی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه رازی کرمانشاه

2 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه رازی کرمانشاه

چکیده

     خستگی پدیده­ای شناخته شده در عرشه­های ارتوتروپیک فولادی است. یکی از تهدید آمیزترین موقعیت­ها برای ترک خستگی در عرشه­های ارتوتروپیک فولادی، جوش­های طولی بین اتصال تیرچه طولی بسته و صفحه عرشه است. در این مطالعه، نقاط مستعد ترک خستگی در اتصالات تیرچه طولی به صفحه عرشه با تحلیل‌های اجزای محدود بررسی شده است. برای مطالعه تنش در اتصالات، یک عرشه ارتوتروپیک فولادی با نرم­افزار اجزای محدود ABAQUS به صورت سه­بعدی مدل‌سازی و مطابق آیین­نامه پل آشتو شبیه­سازی خستگی شده است. تنش در نقاط مستعد ترک خستگی در مقاطع مختلف بررسی و مستعدترین محل ترک شناسایی شده است. سپس با مدل‌سازی سطح مقطع مستعدترین محل ترک توسط یک ریز مدل دوبعدی، ارزیابی‌های خستگی به روش مکانیک شکست تحلیل شده است. تحلیل مکانیک شکست با در نظر گرفتن اندازه­های مختلف ترک در محل مستعد خستگی انجام شده و رشد ترک با استفاده از انتگرال‌گیری عددی شبیه­سازی شده است. نتایج نشان می‌دهند، در اتصال تیرچه طولی به صفحه عرشه، ترکی که از پنجه جوش شروع شده و به داخل ضخامت صفحه عرشه نفوذ می‌کند، در نزدیک­ترین مقطع به تیر عرضی مستعدترین محل ترک خستگی است. همچنین تا هنگامی که عمق نفوذ ترک در داخل ضخامت صفحه عرشه کوچک (در مطالعه حاضرکمتر از یک میلی­متر) است، رشد ترک در مقابله با تعداد دوره بارگذاری آهسته است. سپس، ترک سریعاً با تعداد دوره بارگذاری بسیار کمتری تا عمق نهایی خود رشد می‌کند. بنابر این ضمن کنترل ترک برای عدم بحرانی شدن آن، برای کاهش میزان آسیب خستگی اتصال تیرچه طولی به صفحه عرشه، می‌توان با افزایش ضخامت عرشه و بالا بردن سختی آن، به این مهم دست یافت.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Stress Analyses and Fatigue Evaluation of Rib-to-Deck Joints Based on the Fracture Mechanics in Orthotropic Steel Decks

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Fathi 1
  • Mohammad Abbasi 2
  • Ehsan Hematpoury Farokhy 2
1 Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, Razi University
2 Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, Razi University
چکیده [English]

     In this study, a three-dimensional finite element model of a partial orthotropic steel deck was created by ABAQUS software [1], and fatigue design load was simulated according to the AASHTO LRFD Bridge Design Specification [2]. The stress in points susceptible to fatigue cracks of rib-to-deck joint is investigated in five different cross-sections in model’s middle span and most sensitive region of fatigue cracks was identified. Then, the most sensitive region of fatigue cracks cross-section was simulated with a two-dimensional sub-model by compact meshing and domains of stress intensity factor were calculated with various depths of crack in point susceptible to fatigue crack by the numerical method, finally according to stress results and using the linear elastic fracture mechanics (LEFM) method Fatigue evaluation, including simulation of cracking growth, estimation of loading period and connection fatigue resistance, was done.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Steel orthotropic deck
  • Rib-to-deck joints
  • Fatigue damage
  • Stress intensity factor
  • Sensitive region of fatigue cracks

مراجع

[1]      Oh, C., Hong, K., Bae, D., Do, H., Han, T., "Analytical and Experimental Studies on Optimal Details of Orthotropic Steel Decks for Long Span Bridges", International Journal of Steel Structures, 2011, 11 (2), 227-234.
[2]      Xiao, Z., Yamada, K., Ya, S., Zhao, X., "Stress Analyses and Fatigue Evaluation of Rib-to-deck Joints in steel Orthotropic Decks", International Journal of Fatigue, 2008, 30, 1387-1397.
[3]      Zhang, Y., Li, Y., Zhang, D., "Fatigue Life Estimation of Rib-to-Deck Joints in Orthotropic Steel Deck", Advanced Materials Research, 2011, 163-167, 410-416.
[4]      Liao, J., "Fatigue Damage in the Orthotropic Steel Deck with Respect to the  Trough-to-deck Plate Joint in Between the Crossbeams", MSc Thesis, Delft University of Technology, Netherlands, 2011.
[5]      Nguyena, H., Chub, Q., Kima, S., "Fatigue Analysis of a Pre-Fabricated Orthotropic Steel Deck for Light-Weight Vehicles", Journal of Constructional Steel Research, 2011, 67, 647-655.
[6]      Xiao, Z., Chen, T., Zhao, X., "Fatigue Strength Evaluation of Transverse Fillet Welded Joints Subjected to Bending Loads", International Journal of Fatigue, 2012, 38, 57-64.
[7]      Sim, H., Uang, C., "Stress Analyses and Parametric Study on Full-Scale Fatigue Tests of Rib-to-Deck Welded Joints in Steel Orthotropic Decks", Journal of Bridge Engineering, 2012, 17 (5), 765-773.
[8]      Newman, J. C., Raju, I. S., "An Empirical Stress-intensity Factor Equation for the Surface Crack", Engineering Fracture Mechanics, 1981, 15 (1-2), 185-192
[7]        Sim, H., Uang, C., "Stress Analyses and Parametric Study on Full-Scale Fatigue Tests of Rib-to-Deck Welded Joints in Steel Orthotropic Decks", Journal of Bridge Engineering, 2012, 17 (5), 765-773.
[8]        Newman, J. C., Raju, I. S., "An Empirical Stress-intensity Factor Equation for the Surface Crack", Engineering Fracture Mechanics, 1981, 15 (1-2), 185-192.
[9]        Bohai, J., Rong, L., Ce, C., Hirofumi, M., Xiongfei, C., "Analytical Evaluation on Root-deck Fatigue of Orthotropic Steel Bridge Deck", Journal of Constructional Steel Research, 2013, 90, 174-183.
[10]     Rong, L., Yuqing, L., Bohai, J., Manman, W., Yuan, T., "Hot Spot Stress Analysis on Rib-Deck Welded Joint in Orthotropic Steel Decks", Journal of Constructional Steel Research, 2014, 97, 1-9
[11]     Hibbitt, Karlsson & Sorensen, "ABAQUS/standard User’s Manual, Version 6.11.3", RI, US, 2012.
[12]     AASHTO, "LRFD Bridge Design Specifications", 5th Edition, AASHTO, Washington DC, US, 2010.
[13]     Baik, B., Yamada, K., Ishikawa, T., "Fatigue Crack Propagation Analysis for Welded Joint Subjected to Bending", International Journal of Fatigue, 2011, 33, 746-758.
[14]     Xiao, Z. G., Yamada, K., Inoue, J., Yamaguchi, K., "Fatigue Crack in Longitudinal Ribs of Steel Orthotropic Deck", International Journal of Fatigue, 2006, 28, 409-416.
[15]     Freitas, S., "Fatigue Classification of Welded Joints in Orthotropic Steel Bridge Decks", PhD Thesis, Delft University of Technology, Netherlands, 2012.
[16]     Japanese Society of Steel Construction (JSSC), "Fatigue Design Recommendations for Steel Structures and Commentary", Gihodo Publishing, 1993.
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز
دوره 46.1، شماره 82 - شماره پیاپی 82
بهار 1395
خرداد 1395
صفحه 37-48

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار