鋼桁梁斜腹桿過焊孔細(xì)節(jié)的疲勞性能與疲勞壽命評(píng)估.pdf

1、鋼桁梁橋的焊接部位較多，它們可靠與否直接影響到整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的安全使用。隨著鋼桁結(jié)構(gòu)橋梁的跨度不斷提高，一些新制造工藝和新構(gòu)造型式逐漸出現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員往往不能正確把握這些構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞性能，這將給橋梁設(shè)計(jì)與管理工作帶來隱患。
　　鋼桁梁斜腹桿過焊孔細(xì)節(jié)焊縫集中，過焊孔周圍區(qū)域應(yīng)力梯度較大，疲勞失效通常起始于此，是疲勞開裂的重點(diǎn)關(guān)注位置。本文依托疲勞試驗(yàn)對(duì)鋼桁梁斜腹桿過焊孔細(xì)節(jié)的疲勞性能進(jìn)行了測(cè)試，在此基礎(chǔ)上，基于斷裂力學(xué)思想，合理確定

2、了該細(xì)節(jié)采用Paris公式進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)的疲勞特征參數(shù)。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論包括:
　　1、介紹了基于S-N曲線的傳統(tǒng)疲勞壽命評(píng)估方法與基于線彈性斷裂力學(xué)的疲勞壽命評(píng)估方法的基本原理;從多方面討論了兩者的優(yōu)劣勢(shì)，認(rèn)為采用斷裂力學(xué)法研究焊接鋼橋的疲勞性能將取得更好的效果。
　　2、詳細(xì)闡述了擴(kuò)展有限元借助裂尖漸進(jìn)位移函數(shù)與跳躍函數(shù)模擬不連續(xù)性位移場(chǎng)的方法，并將擴(kuò)展有限元應(yīng)用于應(yīng)力強(qiáng)度因子的數(shù)值計(jì)算;在此基礎(chǔ)上，基于簡(jiǎn)單算例對(duì)其

3、計(jì)算效率和計(jì)算精度進(jìn)行了評(píng)價(jià)，認(rèn)為擴(kuò)展有限元法較有限元法能有效簡(jiǎn)化計(jì)算過程，且能獲得較高精度的結(jié)果。
　　3、設(shè)計(jì)了能夠反映鋼桁梁斜腹桿過焊孔細(xì)節(jié)力學(xué)特征的試件，開展試驗(yàn)對(duì)其疲勞性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得該細(xì)節(jié)在名義應(yīng)力幅63MPa、81MPa、99MPa工況下的疲勞壽命;觀察發(fā)現(xiàn)試件均于過焊孔內(nèi)翼緣板側(cè)焊趾處起裂，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注此區(qū)域的抗疲勞性能。
　　4、根據(jù)疲勞試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，推導(dǎo)了鋼桁梁斜腹桿過焊孔細(xì)節(jié)S-N曲線表達(dá)式，計(jì)算得到該

4、細(xì)節(jié)在荷載循環(huán)作用200萬次時(shí)發(fā)生疲勞破壞的應(yīng)力幅限值。
　　5、分析了Paris公式中疲勞特征參數(shù)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)參數(shù)C、m、a0對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果影響十分劇烈且互相依賴，突出了合理確定疲勞特征參數(shù)對(duì)保證疲勞壽命預(yù)測(cè)精度的重要性;
　　6、采用擴(kuò)展有限元法計(jì)算試件的應(yīng)力強(qiáng)度因子幅，結(jié)合疲勞試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，合理確定了鋼桁梁斜腹桿過焊孔細(xì)節(jié)采用Paris公式進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)的疲勞特征參數(shù)C、m，以期為類似結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞設(shè)計(jì)提供參