鑄鋼節(jié)點環(huán)形對接焊縫的疲勞性能試驗研究.pdf

1、鑄鋼節(jié)點外型美觀，過渡光滑，適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，可鑄造成多個支管從任意方向匯交的復(fù)雜形狀，材料力學(xué)性能不再受應(yīng)力方向的影響，無殘余應(yīng)力，所以特別適用于工程中三維應(yīng)力狀態(tài)下的節(jié)點和支點等聯(lián)接部位，尤其是在鋼管結(jié)構(gòu)中更顯示了優(yōu)良的力學(xué)性能。目前，鑄鋼節(jié)點已廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)中，并逐漸推廣應(yīng)用到承受疲勞載荷的結(jié)構(gòu)中。研究顯示，鑄鋼節(jié)點的應(yīng)用大大提高了結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能。鑄鋼節(jié)點的疲勞問題包含兩部分內(nèi)容:鑄鋼本身的疲勞和鑄鋼與鋼管連接的環(huán)形對接焊縫

2、的疲勞，因為鑄鋼部分的疲勞強(qiáng)度高于焊縫的疲勞強(qiáng)度，焊縫是整個節(jié)點疲勞問題的關(guān)鍵。關(guān)于鑄鋼節(jié)點疲勞力學(xué)性能的研究目前還很少，關(guān)于其焊縫的疲勞性能的研究更少。本文針對鑄鋼節(jié)點的環(huán)形對接焊縫的疲勞性能進(jìn)行研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　1.介紹了鑄鋼節(jié)點的生產(chǎn)過程及工藝要求和鑄鋼節(jié)點焊縫焊接的生產(chǎn)工藝?？偨Y(jié)了國內(nèi)外關(guān)于焊接結(jié)構(gòu)的疲勞S-N曲線。
　　2.根據(jù)國內(nèi)常用的鑄鋼節(jié)點焊接形式，設(shè)計了兩種不同的焊接細(xì)節(jié)進(jìn)行了小試件疲勞試驗。小

3、試件為從鑄鋼與鋼管環(huán)形對接構(gòu)件中截取的一部分帶焊縫的弧形試件。兩種細(xì)節(jié)的焊縫試件共試驗了21個應(yīng)力級別的24根試件。試件疲勞斷裂的斷面分析結(jié)果顯示，絕大部分試件的疲勞破壞均從焊根位置開始，與傳統(tǒng)焊縫在焊趾位置起裂的破壞方式完全不同，這是由于焊縫兩邊鑄鋼與鋼管的顯著的厚度差造成的。目前關(guān)于這種從焊根起裂的焊縫的疲勞數(shù)據(jù)在國內(nèi)外規(guī)范中還沒有，本試驗的相關(guān)成果為鑄鋼節(jié)點環(huán)形對接焊縫的工程設(shè)計和計算提供了重要參考數(shù)據(jù)。
　　3.根據(jù)Min

4、er線性積累損傷準(zhǔn)則和最小二乘法，擬合了兩種鑄鋼節(jié)點環(huán)形對接焊縫的疲勞試驗數(shù)據(jù)，得出兩種焊縫細(xì)節(jié)的S-N曲線和P-S-N曲線，并與國外鑄鋼節(jié)點環(huán)形對接焊接的疲勞試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析?？偨Y(jié)出了兩種焊接細(xì)節(jié)的疲勞設(shè)計準(zhǔn)則表，其中分別給出了兩種焊接細(xì)節(jié)的疲勞極限和壽命曲線，并給出了焊接的具體構(gòu)造形式及焊接過程中的質(zhì)量要求。
　　4.運用試驗得到的鑄鋼節(jié)點環(huán)形對接焊縫的疲勞性能基本數(shù)據(jù)，針對杭州灣跨海大橋海中平臺觀光塔鑄鋼節(jié)點，結(jié)合AN

5、SYS有限元計算，進(jìn)行了節(jié)點的疲勞強(qiáng)度分析，分別進(jìn)行了鑄鋼部分和焊縫部分的疲勞強(qiáng)度驗算。結(jié)果顯示，鑄鋼部分的疲勞強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于焊縫部分的疲勞強(qiáng)度。充分證明了焊縫是整個節(jié)點的疲勞薄弱環(huán)節(jié)。同時也揭示出鑄鋼節(jié)點的兩個部分的疲勞強(qiáng)度差別很大，疲勞設(shè)計時需要平衡和優(yōu)化兩者的疲勞性能。
　　5.運用試驗得到的疲勞性能基本數(shù)據(jù)，針對杭州灣跨海大橋海中平臺觀光塔鑄鋼節(jié)點，進(jìn)行了鑄鋼節(jié)點焊縫的疲勞可靠性分析。根據(jù)Miner損傷累積準(zhǔn)則，以損傷閥值△