焊缝层数对斜拉桥锚拉板焊接残余应力影响

锚拉板是斜拉桥的重要受力构件,其残余应力直接影响桥梁的疲劳寿命。实际锚拉板焊接施工时,每条焊缝均采用一定厚度的焊层进行焊接,具体焊层数和焊层厚度常依据经验确定且波动较大。因此,在探究焊缝层数和焊层厚度的优化取值上对斜拉桥锚拉板焊接残余应力的影响进行分析。首先根据斜拉桥锚拉板的实际焊接工艺,利用ANSYS软件建立了对接钢板和锚拉板的焊接有限元模型,进行了残余应力分析与试验验证。然后基于验证后的模型对实际锚拉板的焊接过程进行了残余应力分析,并探讨了不同焊缝层数对锚拉板焊接残余应力的影响,得出了具有工程实用价值的结论。     

斜拉桥钢锚拉板区域焊接应力消除试验研究

对重庆江津观音岩大桥索梁锚固区域部分进行了3个足尺比例试件的焊接残余应力测试,并对其焊缝进行了超声波冲击试验,以研究超声波冲击对钢锚拉板区域各焊缝应力的影响情况。测试和试验研究结果表明,钢锚拉板区域各焊缝存在着相当大的焊接残余应力,特别是在平行于焊缝长度方向的应力,不少测点已接近屈服强度。通过采用超声波冲击工艺,大幅度地减小和消除了该区域的焊缝残余拉应力,3个试验试件的各焊缝在平行和垂直于焊缝长度方向的应力平均下降50%以上,最大的下降96.5%,不少测点应力已由拉应力变为了压应力,有效地改善了应力的状态,从而使结构的受力更合理,应力分布趋于均匀。超声波冲击可以作为一种解决斜拉桥桥钢锚拉板区域焊接应力过大问题的有效的方法,对提高接头的疲劳寿命有明显作用。     

钢箱梁横隔板-U肋交接处割焊残余应力分析

为研究钢箱梁正交异性桥面板横隔板与U肋交接处的残余应力分布规律,采用Abaqus有限元软件模拟横隔板的热切割和焊接过程,分析横隔板与U肋交接处热残余应力的分布特征,探讨切割速度和焊接速度对横隔板弧形切口处残余应力的影响。结果表明:横隔板弧形切口处产生切向残余拉应力,其值超过钢材屈服强度;焊接在横隔板与U肋焊接区局部范围引起沿焊缝方向的残余拉应力,且焊缝尾端的应力集中更为明显;弧形切口残余应力区宽度随切割速度的增加而减小,残余拉应力随焊接速度的增加而增大;选用较快的横隔板切割速度和较慢的焊接速度可减小弧形切口处残余应力分布宽度和应力值。     

斜拉桥锚拉板焊接残余应力试验研究

斜拉桥锚拉板残余应力直接影响其疲劳寿命,它是决定斜拉桥使用年限的关键因素之一。首先制作了斜拉桥锚拉板比例缩尺模型,然后采取磁测法和盲孔法分别对模型进行残余应力测量。结果表明,采用磁测法与盲孔法测得残余应力的误差在5%以内,进而得到无损磁测法残余应力分析的适用性并得出了其适用范围;随后选取斜拉桥三个典型的足尺锚拉板,研究了其焊接残余应力的大小及分布规律,对全桥的残余应力情况做出了评估。研究结论对实际同类桥梁的设计和施工具有重要的指导意义。     

果子沟大桥Q370qE钢焊接对接接头的超声冲击试验研究

采用超声冲击技术对果子沟大桥Q370qE桥梁用钢焊接对接接头进行了全覆盖超声冲击处理(Ultrasonic Im-pact Treatment,UIT),并通过XRD、红山-10T型高频疲劳试验机等对UIT前后Q370qE焊接接头的表明形貌、残余应力、疲劳性能的变化进行了测试和分析。结果表明,UIT使左焊趾附近的残余压应力由-25.6 MPa增高达-240.8MPa,使右焊趾附近17.2MPa的残余拉应力转变为-196.3MPa的残余压应力;使焊接接头在应力R比为-1,应力范围为±270MPa的条件下,其疲劳寿命为22954,经超声冲击处理后焊接接头在相同条件下其疲劳寿命为46523。对比未处理试样,UIT处理试样的疲劳寿命至少提高了1倍多。     

随机车辆荷载作用下斜拉桥索梁锚固区疲劳性能分析

为探讨大跨斜拉桥锚拉板结构在随机车辆荷载作用下的疲劳性能,以西固黄河大桥为工程背景,利用大型通用有限元分析软件ANSYS建立了西固黄河大桥整体有限元模型,以及锚拉板的局部有限元模型,在随机车辆荷载作用下对其锚拉板结构的应力状况和疲劳性能进行了分析研究。分析结果表明,移动荷载作用下在锚拉板与锚拉管连接焊缝端部引起的应力值最大,其余焊缝的应力水平较低;对不同路径的数值分析显示,锚拉管中部出现残余应力最大值,达到230MPa,锚拉管两端的的残余应力值较小;锚拉板关键点3和关键点6的应力比其他关键点的大,说明锚拉板与锚拉管焊接端部疲劳问题较其他位置突出,在设计中应予以足够重视。     

汽车扭转梁焊缝数值模拟分析

通过对某车型扭转梁路试易开裂焊缝进行焊接热应力场数值模拟分析,对比不同焊接工艺参数对焊接残余应力的影响,研究表明:(1)不同的焊接电流电压,残余应力值在热影响区域发生突变,且峰值有显著差异。扭转横梁侧的残余应力峰值大于加强板一侧。热影响区残余应力峰值表现出随电流增大应力值减小的趋势,当焊接电流达到240A时应力峰值突增;(2)在焊缝的起弧与收弧端部,残余应力值有波动,峰值大于中部的稳定应力值。(3)采用焊接电流220A、电压24V、速度10mm/s、起收弧长度15mm的焊接工艺参数,残余应力分布最优,该焊接工艺焊接的扭转梁通过多轮耐久路试验证,解决了焊缝开裂问题。     

混凝土主梁斜拉桥锚拉板式索梁锚固区受力性能研究

为了研究混凝土主梁斜拉桥锚拉板式索梁锚固区的应力分布特征及受力性能,采用ANSYS建立了索梁锚固区的非线性有限元模型,在考虑锚拉板与混凝土主梁摩擦作用和不考虑摩擦作用2种情况下,分析摩擦效应对锚拉板的受力影响,并以应力为控制指标,考虑摩擦作用对索梁锚固区设计进行优化。结果表明,锚拉板与混凝土主梁摩擦作用会明显减小PBL剪力键竖向的应力集中现象,但对其横向的受力几乎不产生影响。在取消锚板上排PBL剪力键后,接触面的应力集中现象得到有效改善,结构受力更为合理。     

混合梁斜拉桥锚拉板主焊缝焊接过程数值分析

为探索锚拉板结构焊缝的焊接温度场和残余应力分布规律,以赣江特大桥(主跨300m的双塔混合梁斜拉桥)为背景工程,采用ANSYS软件建立中跨主梁边腹板与锚拉板主板连接部分焊缝的有限元模型,基于热-结构耦合分析方法和生死单元技术,对焊缝焊接温度场和应力进行分析。结果表明:施焊过程中,熔池金属的温度超过了钢材熔点,熔池前方的温度梯度较陡,熔池后方的温度梯度较缓;施焊前焊缝区域应力水平低,施焊中熔池区域应力为0,临近熔池区域存在压应力、远离熔池区域存在拉应力,焊后冷却时,熔池区域存在拉应力,而其他位置存在压应力;焊后残余应力水平较高,最大残余应力接近钢材的屈服强度,焊缝区域受力状态不利,在设计施工与后期运营中应予以特别重视。     

大跨径斜拉桥锚拉板受力特征及结构优化研究

锚拉板式钢结构索梁锚固构造广泛应用在大跨径斜拉桥中。传统锚拉板焊缝末端圆弧过渡段处及锚管末端存在较大的应力集中现象,易形成塑性区,从而引起受拉破坏。为了进一步明确大跨径斜拉桥锚拉板的受力规律,以我国西南地区某跨径组合为200 m+480 m+200 m的双塔三跨组合梁斜拉桥为背景,建立有限元计算模型,对传统构造的锚拉板应力和优化后锚拉板应力进行对比分析研究。结果表明,改进后的构造对改善锚拉板主要板件的受力及解决圆弧过渡段及锚管末端应力集中问题具有显著作用。同时,对优化后的构造围绕锚拉板圆弧过渡段的半径、锚管长度、中部空间长度和后锚拉板长度进行了参数敏感性分析,提出了进一步解决锚拉板应力集中问题的方法,可有效保证锚拉板结构的受力安全。     

厦漳大桥(南汊)锚拉板焊接残余应力有限元分析

为了得到焊接残余应力的分布,确保结构安全,对厦漳大桥(南汊)锚拉板P3焊缝焊接残余应力进行研究,应用三维有限元分析方法及高斯热源函数,结合单元生死技术模拟焊道焊接过程,分析焊接过程中的温度分布和应力分布,以及冷却后的残余应力。     

厦漳跨海大桥北汊主桥锚拉板锚下区域受力分析

厦漳跨海大桥北汊主桥为主跨780m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥,斜拉索在主梁上的锚固采用锚拉板式结构.由于锚拉板锚下区域是应力集中最为明显的地方,为改善该区域结构受力,寻求该区域结构过渡最优方案,采用有限元软件ANSYS建立完整锚拉板结构的节段模型,分别采用弹性材料模型及理想弹塑性材料模型,对锚拉板锚下区域的不同过渡形式进行应力分析,并比较其塑性应变.结果表明,随着过渡区曲率半径的增大,应力集中区的最大应力值逐渐减小,塑性区范围也随之发生变化.根据比较分析结果,结合锚拉板结构的紧凑性要求,厦漳跨海大桥北汊主桥锚拉板过渡区选用了半径为40 mm的1/4圆弧过渡形式.     

钢桥面板U肋焊接残余应力影响因素分析

为了进行钢桥面板U肋焊接残余应力精确计算及影响因素定量分析,以星海湾跨海大桥钢桥面板U肋为研究对象,在ABAQUS有限元软件中,建立钢桥面板U肋局部模型,通过自编的Dflux子程序,进行双椭球热源的加载,模拟V型坡口焊的焊接过程,得到顶板与U肋板残余应力分布,从而研究顶板板厚与焊接坡口角度2种因素对U肋焊接残余应力的影响。结果表明:本文的分析方法得到的焊接残余应力计算结果与前人试验数据结果对比,两者吻合较好,本文分析方法有效;顶板与U肋板在靠近焊缝处都出现最大残余拉应力,且均超过材料的屈服极限;随着顶板板厚增大,顶板与U肋板的残余拉应力峰值增大;而随着坡口角度增大,顶板与U肋板的残余拉应力峰值则减小。     

持荷状态下大尺度钢管拱肋拼接焊缝焊接残余应力分析

为研究持荷作用对大尺度钢管拱肋拼接焊缝残余应力的影响,以及大尺度焊缝焊接残余应力的分布规律,以主跨575 m的特大跨钢管混凝土拱桥——广西平南三桥为背景进行分析。开展持荷状态下拱肋拼接焊缝残余应力足尺模型试验与数值模拟,分析拱肋拼接焊缝试件轴向、环向焊接残余应力分布情况,并与非持荷状态试件进行对比。结果表明：持荷作用对钢管拱肋拼接焊缝焊接残余应力的影响较小,但管内节点处肋板的设置会对钢管拱肋拼接焊缝残余应力产生较大影响;拼接节点处的轴向焊接残余应力以拉应力为主,沿拱肋主管轴向先增大后减小,最终趋于稳定;拼接节点处的环向焊接残余应力沿主管环向拉-压交替分布,拉应力分布在离焊缝较近区域与肋板影响区域,压应力主要分布在肋板之间区域。     

钢桥面横隔板与U肋焊接处残余应力场分析

为了解正交异性钢桥面板横隔板与U肋焊接处残余应力分布特征,明确横隔板弧形切口疲劳开裂机理,采用热-结构耦合方法建立横隔板-U肋焊接连接的热弹塑性有限元模型,通过"生死单元"技术模拟焊缝的填充过程,得到焊接温度场与应力场,分析横隔板焊缝和弧形切口处残余应力的分布规律。结果表明:横隔板焊趾处纵向残余应力为拉应力,峰值为345 MPa,横向残余应力在焊缝开始位置和尾部区域为拉应力,在焊缝中间应力水平较低;横隔板弧形切口附近残余应力变化剧烈,且沿切口弧线长度和钢板厚度分布不均匀;从切口顶点到起弧点位置,残余应力从压应力变化为拉应力,起弧点处应力峰值为231 MPa;焊接引起的焊缝尾部高水平残余应力是导致横隔板弧形切口疲劳开裂的关键因素。     

大跨钢混叠合梁斜拉桥索梁锚固区局部应力分析

以某大跨钢混叠合梁斜拉桥索梁锚固区为研究对象,借助大型有限元程序ANSYS建立索梁锚固区有限元计算模型,采用弹塑性理论对索梁锚固区进行分析,通过逐级加载得到索梁锚固区在不同索力阶段的应力状态,并提出索梁锚固区极限承载力的简化算法,可直接指导设计。计算表明:锚拉板与索导管相连的倒圆弧区域应力集中明显,索梁锚固区极限承载力满足受力要求。正常使用状态下,锚拉板区域的混凝土桥面板上缘易出现拉应力,若开裂易进水将影响锚拉板的耐久性,有必要加强该部位的构造设计。     

基于健康监测数据的斜拉桥索梁锚固区焊缝疲劳萌生寿命预测

针对斜拉桥在通车运营不久就萌生疲劳裂纹的现象，以苏通长江大桥为工程背景，在建立焊接细节精细化有限元模型、分析焊接细节缺口应力集中系数和疲劳缺口系数的基础上，基于健康监测实测数据和局部应力应变法理论对索梁锚固区焊接细节处的疲劳裂纹萌生寿命进行预测。考虑到索梁锚固区焊接细节存在高值残余应力，分析了焊接残余应力对焊接细节疲劳裂纹萌生寿命的影响。研究结果表明，与下锚固板相连外腹板焊趾处的疲劳裂纹萌生寿命短于与上锚固板相连外腹板焊趾处的疲劳裂纹萌生寿命；焊接残余应力对疲劳裂纹萌生寿命的影响较大；考虑残余应力的疲劳裂纹萌生寿命较不计残余应力的疲劳裂纹萌生寿命下降60%左右。     

公路斜拉桥焊接残余应力的减小与消除的技术策略

以重庆某大桥工程为背景,采用有限元分析软件ANSYS,研究钢箱梁正交异性板单元纵向U型肋板的焊接工艺对大跨度钢箱梁斜拉桥的焊接残余应力的影响。实践证明:需要保证温度场在焊接过程中的合理分布,首条焊缝与焊接温度场分布具有类似性,如果升温,此时将得到焊缝在焊接过程中稳定温度场的最高温度范围1 994～2 008℃,波动范围为0. 71%。焊接等效残余应力主要在焊缝区集中,最大等效应力为439 MPa;在焊接终止点和起始点附近,个别区域仅出现压应力,拉应力未出现。在实际生产中,总共要进行完整板单元的八条焊缝的焊接,所以,此时将会出现更大程度的上翘现象,所以需要结合有效的矫正措施应用在实际生产过程中,确保处理过程的正常推进。     

锚拉板式索梁锚固区足尺模型承载性能试验研究

为了研究锚拉板式索梁锚固结构在设计荷载下的应力分布及传力机理,对某斜拉桥锚拉板式索梁锚固区进行了足尺模型静力加载试验,得到各受力区域在不同荷载等级下的应力分布情况;利用ABAQUS建立索梁锚固有限元模型,按Von Mises强度理论分析其承载性能,并与试验结果对比。结果表明:在设计荷载作用下,该结构整体处于弹性工作状态,满足设计承载能力的要求;锚拉板与锚拉筒的侧焊缝根部圆弧区出现较大应力集中;上加劲板以上的锚拉板部分,最大应力出现在中部槽口中间位置;钢箱梁区域的整体应力水平较低;该结构各构件应力传递路径明确,设计时建议加大锚拉板与锚拉筒侧焊缝根部圆弧半径。     

组合式锚拉板索梁锚固构造在混凝土斜拉桥中的应用研究

为了解组合式锚拉板索梁锚固构造在混凝土斜拉桥中的受力特性,以某(34+81+115)m跨铁路斜拉桥为背景进行研究。该构造由钢拉板、预埋混凝土梁内的工字型钢构成,工字型钢与混凝土采用PBL键及剪力钉连接。采用有限元软件,建立锚拉板及索梁锚固区有限元数值模型,分析了钢拉板、锚固区混凝土、预埋工字型钢的受力状态,并通过模型试验验证了关键焊缝的抗疲劳性能。结果表明:钢锚拉板与锚拉筒连接焊缝圆弧过渡处附近有较明显的应力集中现象;锚固段混凝土顶部(第一排PBL键以上至梁顶范围)主拉应力较大,超出混凝土的抗拉强度;各主要焊缝疲劳试验均没有发现宏观裂纹,满足抗疲劳设计要求;该构造为混凝土斜拉桥索梁锚固提供了一种解决方案。