基于3D斷裂力學(xué)的正交異性鋼橋肋-橋面焊縫的疲勞壽命評(píng)估.pdf

1、正交異性鋼橋面板由于其自重輕,極限承載力大,施工速度快,結(jié)構(gòu)美觀,易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),從而越來越廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外的大跨度橋梁。而鋼橋肋-橋面板焊接處由于幾何突變及焊接過程中的焊接缺陷,在車輛循環(huán)載荷作用下,容易產(chǎn)生疲勞裂紋,及裂紋擴(kuò)展便會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。
　　對(duì)鋼橋焊縫疲勞分析的傳統(tǒng)方法主要基于S-N曲線。而一般S-N曲線不適用于鋼橋肋-面板焊接處的以壓為主的拉壓循環(huán)應(yīng)力情況。并且S-N曲線只考慮裂紋擴(kuò)展初期疲勞壽命,使得疲勞分析過于保

2、守。基于斷裂力學(xué)的疲勞分析是正交異性鋼橋焊縫疲勞評(píng)估的新方法。在運(yùn)用有限元法計(jì)算裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子時(shí),一般將鋼橋肋-面板焊接處的裂紋考慮為貫穿于整跨的長裂紋從而將其簡化為2D平面模型進(jìn)行分析,使得分析結(jié)果不夠準(zhǔn)確。此外,斷裂力學(xué)分析方法中的Paris公式,Forman公式等計(jì)算模型也只適用于拉應(yīng)力循環(huán)載荷或是循環(huán)應(yīng)力比R>-1的情況。
　　本文將運(yùn)用ANSYS分析疲勞載荷車的單軸雙輪,雙軸雙輪在over-rib,in-betwe

3、en-rib,riding-rib的不同加載情況下正交異性鋼橋肋-面板焊接處的循環(huán)應(yīng)力特點(diǎn),找出最危險(xiǎn)加載方式及循環(huán)應(yīng)力。并以此為基礎(chǔ)運(yùn)用PATRAN建立3D局部焊縫模型,運(yùn)用基于有限元(FEM)和對(duì)稱伽遼金邊界元(SGBEM)疊加原理的AGILE疲勞分析模塊,首次對(duì)正交異性鋼橋的肋-面板焊接處的裂紋進(jìn)行3D斷裂力學(xué)分析。分析了3D應(yīng)力狀態(tài)下鋼橋肋-面板焊縫處裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子隨裂紋深度的變化情況。同時(shí)也對(duì)2D平面應(yīng)變模型不能處理的裂