焊接微裂纹缺陷对顶板与纵肋构造疲劳性能影响研究

为研究焊接微裂纹缺陷对正交异性钢桥面板顶板与纵肋构造疲劳性能的影响,首先采用扫描电子显微镜对实际桥梁结构的焊接断面进行缺陷检测,统计分析微裂纹尺寸和分布特性,然后基于既有试验和有限元分析方法,结合断裂力学理论,评估不同微裂纹缺陷对构造细节劣化效应的影响,并分析焊接微裂纹关键特征参数对构造细节疲劳性能的影响。结果表明:顶板与纵肋构造的焊趾及焊根处普遍存在微裂纹缺陷,焊根处微裂纹尺寸(平均值150.7μm、标准差100.8μm)大于焊趾处(平均值29.8μm、标准差17.4μm);顶板与纵肋构造细节主导失效模型主要由微裂纹尺寸决定;构造细节疲劳寿命直接由焊接微裂纹尺寸决定,其疲劳强度为100~200 MPa;疲劳裂纹最终扩展方向与焊接微裂纹初始角度无关,仅受实际受力状态影响。

正交异性钢桥面板体系结构应力的有限元计算

正交异性钢桥面板结构体系的疲劳开裂问题已经成为制约钢结构桥梁发展的难题。文章基于断裂力学理论,计算了正交异性钢桥面板节段有限元模型在典型加载工况下(LCI),顶板与纵肋焊接细节以及纵肋与横隔板交叉焊接细节的结构应力。计算结果表明:在典型加载工况下(LCI),相同荷载在不同构造细节的疲劳致损效应不同,结构应力更能反映焊接接头对应力集中的影响。

304H不锈钢在含Cl^-高温碱性溶液中的应力腐蚀研究

本文采用慢拉伸状态下的腐蚀试验方法测定304H不锈钢在NaOH及Cl^-作用下的应力腐蚀倾向、主要影响因素及应力腐蚀基础数据。同时对比pH11及pH13两组应力腐蚀裂纹扩展实验,分析304H不锈钢在含Cl^-高温碱性溶液中的主导失效模式。试验结果表明304H不锈钢在含Cl^-高温碱性环境中主导失效模式需根据两种介质实际浓度而定:其中在pH13、100℃、1%Cl^-介质中,304H的应力腐蚀为碱脆主导的应力腐蚀开裂,同时其KISCC的数值约为22.4~25.9MPa·m^1/2,裂纹平均扩展速率约为1.16×10^-6 mm/s^1.54×10^-6mm/s。

基于等效结构应力法的正交异性钢桥面板体系疲劳抗力评估

正交异性钢桥面板的疲劳问题属于多疲劳失效模式下的结构体系疲劳问题,为研究其结构体系的疲劳失效模式和疲劳抗力,以典型的正交异性钢桥面板为研究对象,提出基于主导疲劳失效模式的结构体系疲劳抗力评估方法。由正交异性钢桥面板的重要疲劳失效模式入手,设计3组共8个足尺节段模型,通过疲劳试验研究确定纵肋与顶板焊接细节和纵肋与横隔板交叉构造细节的重要疲劳失效模式及其实际疲劳抗力;基于所提出的结构体系疲劳抗力评估方法,探讨引入镦边纵肋和双面焊等新型构造细节条件下正交异性钢桥面板结构体系的疲劳抗力问题。研究结果表明:纵肋与顶板焊接细节主导疲劳失效模式为疲劳裂纹萌生于焊根并沿顶板厚度方向扩展,而纵肋与横隔板交叉构造细节主导疲劳失效模式为疲劳裂纹萌生于端部焊趾并沿纵肋腹板扩展;初始制造缺陷会显著降低正交异性钢桥面板重要疲劳失效模式的疲劳抗力并导致疲劳失效模式迁移;对于正交异性钢桥面板的结构体系而言,引入新型镦边纵肋与顶板焊接细节无法提高结构体系的疲劳抗力;而引入纵肋与顶板新型双面焊细节,可使结构体系的主导疲劳失效模式迁移至顶板焊趾或纵肋与横隔板交叉构造细节,结构体系的疲劳抗力得到显著提高。