正交异性钢桥面板重焊残余应力与疲劳寿命数值分析

来源 :重庆交通大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:tommy0229
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正交异性钢桥面板广泛应用于大跨径斜拉桥、悬索桥桥面体系。繁重交通流作用下使得顶板产生了大量疲劳裂纹。采用重焊修复顶板-纵肋贯通形疲劳裂纹,在不影响车流通行量的同时有效解决钢桥顶板裂纹缺陷。文章通过有限元数值建模,模拟了顶板-纵肋初始角焊缝焊接成型;参考DVS1709指南,文章实现了顶板-纵肋重焊修复过程;分析了顶板加工成型后及重焊修复后的疲劳寿命。基于热弹塑性有限元法,数值模拟了热源加载及冷却过程,采用热-力间接耦合获得了顶板-纵肋加工成型、裂纹开坡口、重焊修复不同阶段的残余应力场。讨论了顶板-纵肋初始角焊缝残余应力对重焊修复残余应力场的影响,通过控制多层多道焊冷却时间间隔及能量输入,实现了对重焊残余应力的降低效应。通过移动加载确定了顶板-纵肋最不利加载点,基于S-N数据确定了重焊修复前、后的顶板使用寿命,并分析了重焊区的局部变形量。文章研究内容及所得结论概述为如下几点:(1)建立平板对接焊模型,分析了温度荷载及力学边界约束对焊接残余应力的影响。焊后保温作用不改变截面内残余应力分布趋势,但是降低了残余应力值。边界约束强弱程度直接影响焊缝及母板焊接残余应力,边界约束越强产生的焊接残余应力越大。(2)焊接成型后的顶板-纵肋结构,顶板下表面残余应力高于顶板上表面。顶板角焊缝两侧30mm及纵肋8mm范围内存在较高的应力梯度,此区域将成为产生疲劳裂纹的“热点”区。顶板纵向应力分布呈对称的“M”形,纵肋纵向应力分布呈“L”形。与顶板-纵肋单面焊相比,采用双面焊焊接工艺使得顶板上表面纵向应力减小、纵肋外表面纵向应力增大,双面焊纵肋近缝区5mm范围将成为新的疲劳“热点”分布区。(3)角焊缝初始应力直接影响重焊修复后残余应力。“过焊”及“虚焊”产生的初始应力差异明显,但考虑各自的初始应力影响下,两者产生的重焊残余应力分布和数值无明显差异。考虑初始应力影响下的重焊纵向应力值大于忽略初始应力时的重焊纵向应力值,考虑初始应力的重焊修复使得顶板峰值应力宽度增大20%。顶板2次重焊修复后,横向应力屈服平台宽度较初次重焊宽度增大55%。(4)通过移动加载确定了顶板A1点及纵肋A3点为疲劳易损点。焊接加工成型后的顶板等效疲劳应力幅作用下疲劳使用寿命为1.42?10~7次,而重焊修复后顶板疲劳使用寿命降低11.34%。外荷载作用下,重焊区局部变形显著增大,变形区长度为重焊焊缝长度的2倍。
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