带过焊孔焊接细节疲劳性能优化及试验研究

为了提高带过焊孔焊接细节的疲劳寿命,以某钢桁梁桥为背景,针对其翼缘板和斜腹杆的焊接构造,通过在过焊孔处填半圆弧板和焊缝错开的形式对其疲劳性能进行优化,制作带过焊孔焊接细节和优化模型的试件,进行疲劳试验测试其疲劳寿命,并结合有限元分析对比各模型的疲劳性能,验证优化措施对疲劳性能的改善效果。结果表明:在过焊孔处填半圆弧板可有效改善带过焊孔焊接细节的局部应力集中现象,提高其疲劳寿命,在高应力幅作用时效果更加显著;对接焊缝错开可显著提高带过焊孔焊接细节的疲劳寿命,其改善效果优于在过焊孔处填半圆弧板,在实际工程结构中推荐优先采用。

宽幅钢箱梁横隔板与U肋过焊孔构造研究

宽幅钢箱梁横向受力较大的特征使得横隔板与U肋过焊孔周边细节构造容易出现疲劳破坏。为提高该细节构造的疲劳性能,以沌口长江公路大桥为背景,针对横隔板U肋过焊孔的常用形式,采用ANSYS软件建立钢箱梁节段的有限元模型,通过仿真分析比较不同形式过焊孔的结构强度及疲劳性能,结合其局部受力机理及参数化分析,提出改进的过焊孔形状和加厚横隔板顶部齿形板的优化措施,并利用损伤度原理验证改进效果。结果表明:提出的横隔板与U肋过焊孔改进形式明显改善了该细节构造的疲劳性能;加厚横隔板顶部的齿形板,可明显降低过焊孔的疲劳应力幅,提高其疲劳寿命。

过焊孔衬板对梁柱节点断裂性能影响的试验研究和力学性能分析

为研究过焊孔衬板连接焊缝对梁柱连接节点断裂性能的影响,设计了3个栓焊混合连接边柱节点试件进行低周往复加载试验,研究试件的断裂特性及极限承载能力,建立三维有限元计算模型,以Ⅰ型裂纹尖端应力强度因子KⅠ和J积分作为评价指标,对比分析了过焊孔衬板连接焊缝对节点断裂性能的影响。研究结果表明:过焊孔衬板带双边焊缝节点试件的延性系数、等效粘滞阻尼系数和极限承载力与带单边焊缝节点试件的对应值相比,分别提高了29%、31%和23%;过焊孔衬板带四边围焊缝节点试件的延性系数、等效粘滞阻尼系数和极限承载力与带单边焊缝节点试件的对应值相比,分别提高了70%、47%和33%。过焊孔衬板采用双边焊和四边围焊可以改善对接焊缝处的应力状态,将应力峰值外移至梁翼缘母材处,减缓对接焊缝的开裂;采用四边围焊对防止对接焊缝端部发生脆性开裂的效果更为明显,可显著降低缺陷尖端处的I型应力强度因子KⅠ值及JⅠ值。

过焊孔对H型钢柱梁节点受力性能的影响

针对过焊孔对柱梁节点受力性能影响的相关研究较少,通过试验和有限元分析,研究过焊孔对T形柱梁节点各组成部分的力学性能的影响。结果表明:增大节点域的强度,不利于构件的变形性能,但可以提高构件的最大承载力。柱梁节点处过焊孔影响分析模型(analysis model,AM)的梁弯矩荷载分布。在梁柱节点的梁端部位,因过焊孔应力易集中,梁腹板弯矩荷载偏大。在梁端轴向0~80 mm范围内,梁腹板弯矩荷载相对小,其中,梁端轴向接近35 mm处的梁腹板弯矩荷载最小。在梁端轴向0~80 mm范围内,梁翼缘弯矩荷载相对大,这是由于受过焊孔影响引起的梁腹板承载能力递减、过焊孔周围应力易集中及外荷载作用不变等原因导致的;且梁腹板承担的荷载越小,梁端轴向对应处的梁翼缘承担的荷载越大。节点域强度变化与AM模型的梁端腹板承担的剪力荷载呈正相关,节点域强度越小,梁端腹板承担的剪力荷载也越小。

部分熔透焊与填角焊区域过焊孔开设方式

针对海洋工程建造过程中对过焊孔端部缝隙采用包角处理导致包角处的过焊孔边缘不光滑,易产生应力集中的现象,对比规范要求,提出针对该问题的全熔透过渡和变通包角两种不同处理方法,并通过现场试焊和有限元分析模拟的方式检验新提出方法的可行性。所提出的两种方法可为后续项目提供该类型问题的解决思路。

钢结构过焊孔的连续焊接封堵方法

简要介绍了钢结构过焊孔的类型,针对受疲劳动载的一级结构过焊孔首次要求封堵并开展UT检测后出现的合格率偏低情况,设计了一种有别于AWS标准的新型过焊孔。同时,有针对性地研究了一种连续封堵方式,不仅保证了此类交叉焊接接头的高韧性,同时实现了UT检测一次合格率98.55%的高质量封堵。

带贯穿裂纹的过焊孔细节应力强度因子探究

以腹板带贯穿型裂纹的过焊孔细节为对象,研究焊接细节应力强度因子的参数敏感性。基于ANSYS建立了三维断裂力学有限元模型,采用四分之一节点位移法分析了裂纹前缘各点的应力强度因子,探究了几何参数和裂纹长度对其影响规律。研究结果表明:1)裂纹前缘各点的应力强度因子受焊脚尺寸的影响较小;2)裂纹前缘各点的应力强度因子随腹板板厚的增加而逐渐减小,且影响显著;3)裂纹前缘各点的应力强度因子随翼缘板板厚、过焊孔半径和裂纹长度的增加而逐渐增大,且影响显著。

横隔板含上缘过焊孔的钢桥面UHPC加固结构计算与试验研究

基于Ansys子模型技术有限元分析计算了原钢桥面与UHPC加固后组合桥面中上缘过焊孔的疲劳细节应力,其中横隔板-面板焊接细节的名义应力最大,达188.7 MPa,开裂风险极高。采用钢-UHPC组合桥面结构加固后,该细节的名义应力降至25.4 MPa,降幅达86.5%,但UHPC层最大拉应力达14.3 MPa。由此开展了不同配筋形式的钢-UHPC组合桥面结构抗弯参数试验,试验结果表明:钢筋间距为50 mm的钢-UHPC组合桥面板,其UHPC层抗裂强度达22.3 MPa,抗裂安全系数达1.56,满足实桥抗裂要求。相关研究结论可为类似钢桥面加固结构设计提供参考。

过焊孔衬板焊缝对钢框架梁柱节点断裂性能的影响研究

设计了5个高强钢T型节点试件,采用拉卸循环加载试验和有限元数值分析方法,研究其过焊孔衬板焊缝对节点断裂性能的影响;基于T型连接件研究基础,设计了3个钢框架梁柱节点试件,采用低周循环往复加载试验方法研究过焊孔衬板焊缝对梁柱节点断裂性能的影响。结果表明:高强钢T型连接件中过焊孔衬板焊缝对试件断裂性能影响显著,当过焊孔衬板采用双边或四边焊缝时,在极限荷载下可将试件焊缝处的应力峰值移至腹板区域,与传统过焊孔衬板单边焊缝试件相比,其塑性变形能力得到显著提高;将钢框架梁柱节点传统过焊孔衬板焊缝改为双边或四边焊缝后,其节点延性、极限承载能力均得到有效改善,与传统过焊孔衬板单边焊缝试件相比,采用双边焊缝节点试件的延性系数、极限承载力分别提高约29%、23%;采用四边焊缝节点试件的延性系数、极限承载力分别提高约70%、33%。

设置过焊孔消除对接焊缝盲区的操作技巧

针对铁路货车中梁与枕梁对接焊缝被其他板件阻挡,既影响底架焊接质量又影响生产效率等难题,提出了降低焊接难度、消除焊接盲区缺陷、提高焊缝探伤合格率的过焊孔设置思路,并攻关总结出操作技巧,通过验证,简化了装配工艺,提高了生产效率,保证生产线流畅成效显著。

钢梁十字形焊接细节的应力集中效应研究

为了探究钢梁十字形焊接细节应力集中系数的影响因素,针对带过焊孔的焊接细节(焊接细节1)和对接焊缝错开的焊接细节(焊接细节2)制作试件进行模型试验,并采用ANSYS软件建立有限元模型,分析各焊接细节腹板、翼缘板和焊缝的应力集中系数,研究焊脚尺寸、过焊孔半径、焊缝宽度、焊缝余高、板件间隙宽度和间隙长度对各部件应力集中系数的影响。结果表明:焊接细节1各部件的应力集中系数均比焊接细节2的大;2种焊接细节典型测点的应变实测值与计算值基本吻合,相差均小于15%;对于焊接细节1,过焊孔半径对各部件的应力集中系数均有较大影响,板件间隙宽度对焊缝的应力集中系数影响显著,焊脚尺寸和板件间隙长度对各部件的应力集中系数影响较小;对于焊接细节2,仅对接焊缝余高对腹板的应力集中系数有显著影响,其余因素对各部件应力集中系数的影响均较小。

钢桁梁焊接构造细节的疲劳性能及基于XFEM的疲劳寿命评估

通过3组共9个试件的疲劳试验,研究沪通长江大桥主桁对接杆件中过焊孔构造细节的疲劳性能,通过扩展有限元方法(XFEM)结合断裂力学方法对过焊孔构造细节裂纹扩展阶段的疲劳寿命进行预测。研究结果表明:过焊孔与翼缘板-腹板焊缝交叉处的焊趾是过焊孔构造细节疲劳性能的薄弱环节;试验测得该细节对应200万次荷载循环的疲劳强度小于欧洲规范对类似构造细节的规定,过焊孔处腹板-翼缘板的角焊缝质量对构造细节的疲劳强度有重要影响;采用XFEM结合断裂力学方法预测疲劳裂纹扩展阶段的寿命与测试结果较吻合,可以作为疲劳寿命评估的手段。

考虑焊接残余应力的构造细节疲劳性能评估

焊接钢结构在桥梁中广泛应用,在焊接过程中不可避免的会产生焊接残余应力,使焊接部位易引发疲劳问题,而现行规范中的细节分类不能反映实际焊接残余应力水平.基于Goodman公式及相关经验理论,提出定量考虑焊接残余应力来修正材料S-N曲线,从而确定构造细节S-N曲线的方法,并验证了其可行性.以钢桁梁斜腹杆过焊孔构造细节为分析实例,采用热-结构耦合的分析方法对其焊接残余应力进行了数值模拟分析,并利用热点应力外推法对其应力集中效应进行了有限元计算,根据所提方法,得到了过焊孔构造细节S-N曲线,为准确评估结构疲劳寿命和抗疲劳设计提供指导.

城市快速路钢桥梁细部节点的疲劳分析

以某城市快速路钢桥梁工程为例,制备3组共9个试件,进行疲劳试验,根据试验检测结果探讨桥梁主桁对接杆件中过焊孔构造的疲劳性能。研究表明,疲劳性能最薄弱部位发生在过焊孔与翼缘板-腹板焊缝交叉的焊趾处,针对此处做200万次荷载循环试验检测,结果显示疲劳性能低于规范对此节点的相关性能要求,构造细节的疲劳强度主要与过焊孔的角焊缝质量有关,建议规范焊接作业方式、严格管控焊接质量,以保证构造细节有良好的疲劳性能。

钢桥面板顶板与U肋接头疲劳效应分析

针对钢桥面板顶板与U肋焊接接头,开展疲劳应力有限元分析,研究该构造细部的疲劳效应,为钢桥面板抗疲劳设计与维护提供参考。建立了钢桥面板板壳单元模型,以焊趾处热点应力为指标,分析过焊孔对接头受力影响以及轮载作用下顶板应力历程及应力幅值。结果表明,板壳单元有限元模型局部细化网格尺寸不超过1.0倍顶板厚度,可得出稳定的热点应力计算值。过焊孔的设置削弱了横隔板对顶板的支撑作用,使过焊孔区域顶板应力有所增大。不设置过焊孔时,接头处由于存在较大几何与刚度突变,应力集中更加明显。热点应力对轮载的横向位置比较敏感。轮载在纵桥向与横桥向的应力影响范围都比较小,可忽略车轴、轮重及车辆间的应力叠加效应。

箱型柱-H型梁刚性连接构造探析

从制造和安装的便利性、经济性和结构的可靠性探析高层框架钢结构箱型柱-H型梁刚性连接构造,讨论了内隔板式节点、隔板贯通和外隔板式节点、梁端腹板过焊孔构造和节点附近梁的狗骨法构造的特点,为使此类节点设计和施工时安全、经济和高效,在构造细节上给出一些建议。

正交异性钢桥面板疲劳问题的研究

疲劳将会使钢桥的使用寿命大大缩短,因而在设计、制造、架设及后期维护中需要时刻关注钢桥在细部构造中可能出现的疲劳问题。采用ANSYS大型通用有限元软件对钢箱梁正交异性钢桥面板进行了数值模拟,研究了横隔板与U肋焊缝交叉处的应力状态。结果表明:横隔板厚度对应力的影响显著,对疲劳裂纹的产生也有较大的影响。

某PK组合箱梁结构腹板与横梁连接的疲劳性能分析

组合梁结构中构造良好的抗疲劳性能是结构运营安全的重要保障。现对某大跨径斜拉桥的PK组合箱梁腹板与横梁连接构造进行疲劳性能分析。研究采用模型试验和有限元分析相结合的方法,针对过焊孔位置的疲劳性能进行分析。分析结果表明,试验节段焊缝端部的疲劳等级约为112MPa,相当于《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)附录里的疲劳细节10且不包含起焊/终焊位置的对接焊缝。研究成果可为同类桥梁设计提供借鉴。

双层钢桁梁悬索桥疲劳构造细节研究

为了研究获得适用于钢结构悬索桥过焊孔构造细节,以某在建的双层公路悬索桥为研究对象,针对悬索桥钢桁梁板件焊接交叉部位产生过焊孔构造细节,设计出两种不同的过焊孔构造细节形式,基于名义应力法,运用ANSYS Workbench建立钢桁梁构造细节的疲劳分析实体模型,对比分析两种过焊孔构造细节疲劳性能,确定出适用于双层公路悬索桥钢桁梁的构造细节,为双层钢桁梁公路悬索桥的设计和施工提供技术依据。