鋼桁梁斜腹桿過焊孔細(xì)節(jié)的疲勞性能與疲勞壽命評估.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，是疲勞開裂的重點關(guān)注位置。本文依托疲勞試驗對鋼桁梁斜腹桿過焊孔細(xì)節(jié)的疲勞性能進行了測試，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公式進行疲勞壽命預(yù)測的疲勞特征參數(shù)。主要研究內(nèi)容與結(jié)論包括:
　　1、介紹了基于S-N曲線的傳統(tǒng)疲勞壽命評估方法與基于線彈性斷裂力學(xué)的疲勞壽命評估方法的基本原理;從多方面討論了兩者的優(yōu)劣勢，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)闡述了擴展有限元借助裂尖漸進位移函數(shù)與跳躍函數(shù)模擬不連續(xù)性位移場的方法，并將擴展有限元應(yīng)用于應(yīng)力強度因子的數(shù)值計算;在此基礎(chǔ)上，基于簡單算例對其

3、計算效率和計算精度進行了評價，認(rèn)為擴展有限元法較有限元法能有效簡化計算過程，且能獲得較高精度的結(jié)果。
　　3、設(shè)計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，開展試驗對其疲勞性能進行測試，測得該細(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)重點關(guān)注此區(qū)域的抗疲勞性能。
　　4、根據(jù)疲勞試驗實測數(shù)據(jù)，推導(dǎo)了鋼桁梁斜腹桿過焊孔細(xì)節(jié)S-N曲線表達式，計算得到該

4、細(xì)節(jié)在荷載循環(huán)作用200萬次時發(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)對預(yù)測結(jié)果的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)參數(shù)C、m、a0對預(yù)測結(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)對保證疲勞壽命預(yù)測精度的重要性;
　　6、采用擴展有限元法計算試件的應(yīng)力強度因子幅，結(jié)合疲勞試驗測試數(shù)據(jù)，合理確定了鋼桁梁斜腹桿過焊孔細(xì)節(jié)采用Paris公式進行疲勞壽命預(yù)測的疲勞特征參數(shù)C、m，以期為類似結(jié)構(gòu)進行疲勞設(shè)計提供參