鐵路鋼桁橋焊接整體節(jié)點(diǎn)疲勞的若干重要問(wèn)題研究.pdf

1、疲勞失效是工程結(jié)構(gòu)在承受反復(fù)荷載作用下的主要失效模式之一。對(duì)于承受列車荷載的鐵路鋼桁橋，其承受的動(dòng)荷載雖低于結(jié)構(gòu)的承載力，但由于結(jié)構(gòu)存在焊接殘余應(yīng)力、焊接缺陷和應(yīng)力集中，易產(chǎn)生塑性變形，從而萌生裂紋并最終發(fā)生疲勞破壞。整體節(jié)點(diǎn)是近年來(lái)在大跨度鋼桁橋中采用的一種新型結(jié)構(gòu)型式，屬于厚板焊接，不僅焊縫密集，而且焊縫類型多樣。在車輛移動(dòng)荷載作用下，這種復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)的疲勞性能有待于進(jìn)一步研究。本文結(jié)合銅九線鄱陽(yáng)湖特大橋的工程實(shí)例，重點(diǎn)研究了鋼橋整

2、體節(jié)點(diǎn)疲勞強(qiáng)度評(píng)估的若干重要問(wèn)題。
　　 論文首先對(duì)DANG VAN多軸疲勞極限準(zhǔn)則進(jìn)行了介紹，在此基礎(chǔ)上引入了由法國(guó)焊接研究所于90年代初率先提出并正在發(fā)展的用于焊接接頭疲勞強(qiáng)度評(píng)定的局部法概念?；趥鹘y(tǒng)的考慮殘余應(yīng)力的局部法，提出了一種改進(jìn)的局部法來(lái)計(jì)算焊接構(gòu)件的疲勞損傷，該方法考慮的焊接殘余應(yīng)力的重分布，更加符合實(shí)際情況。
　　 局部法分析焊接殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響時(shí)，是把焊接殘余應(yīng)力當(dāng)成外載來(lái)考慮，即把焊接殘余

3、應(yīng)力以靜水壓力的形式引入局部法判別式中。因此要采用局部法對(duì)整體節(jié)點(diǎn)進(jìn)行疲勞評(píng)估，首先應(yīng)該獲得焊接整體節(jié)點(diǎn)的殘余應(yīng)力分布情況。鋼橋整體節(jié)點(diǎn)的焊接過(guò)程非常復(fù)雜，數(shù)值模擬整體節(jié)點(diǎn)焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)的分布情況是評(píng)估焊接構(gòu)件疲勞狀況的重要前提?；贏NSYS平臺(tái)，對(duì)整體節(jié)點(diǎn)多道焊的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分布進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬，獲得了不同時(shí)刻的溫度場(chǎng)分布和最終的焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)。計(jì)算結(jié)果與相關(guān)實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比，二者具有相似的規(guī)律。
　　 殘余應(yīng)力在外荷載作用下

4、會(huì)發(fā)生安定現(xiàn)象。這是由于在外荷載和殘余應(yīng)力的共同作用下，一部分與殘余應(yīng)力相關(guān)的彈性應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄詰?yīng)變，殘余應(yīng)力發(fā)生應(yīng)力釋放。采用彈塑性有限元方法研究了對(duì)接焊縫焊接殘余應(yīng)力在外荷載作用下的應(yīng)力釋放，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了數(shù)值模擬焊接殘余應(yīng)力安定的可行性。隨后采用上述方法模擬了整體節(jié)點(diǎn)殘余應(yīng)力場(chǎng)在列車荷載作用下的安定，獲得了安定后的殘余應(yīng)力場(chǎng)。
　　 以新建鐵路銅九線鄱陽(yáng)湖特大橋鋼桁橋段為背景，研究了包含局部細(xì)節(jié)特性的焊接整

5、體節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)列車荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)。在對(duì)整體有限元模型進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用殼到體子模型法對(duì)該橋焊接整體節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了瞬態(tài)有限元分析，獲得了局部細(xì)節(jié)處的應(yīng)力時(shí)程。對(duì)結(jié)果的分析表明，箱形下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接處、整體節(jié)點(diǎn)板幾何形狀突變處和右斜腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接處，在滿載列車作用下，最大應(yīng)力幅均超過(guò)相關(guān)疲勞試驗(yàn)給出的疲勞容許應(yīng)力幅，可能在服役期間發(fā)生疲勞破壞。
　　 最后，采用子模型法獲得的整體節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵細(xì)節(jié)的應(yīng)力時(shí)程和重分布后的殘余應(yīng)力場(chǎng)，