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。     

公路斜拉桥中焊接残余应力的减小与消除的探析

公路斜拉桥锚拉板的焊接残余应力对锚拉板的疲劳寿命产生直接影响,对斜拉桥的使用寿命起决定作用,因此研究如何减小和消除公路斜拉桥锚拉板焊接残余应力具有重要意义。运用超声冲击设备,对斜拉桥锚拉板适用Q370qe钢材焊接热影响区实施超声冲击试验,采用盲孔法检测超声冲击前后热影响区的应力,通过探讨热影响区焊接残余应力在不同超声冲击处理工艺下产生的改变,并分析其规律,继而为斜拉桥锚拉板的生产制造提供有效建议。试验结果表明,超声冲击处理可以把Q370qe钢板焊接残余拉应力转变成压应力,对斜拉桥锚拉板焊接残余应力的减小和消除有比较好的成效;在冲击时间不变的情况下,增加冲击电流可以增大冲击力,使得残余应力焊接热影响区塑性变形和位错结构改变增大,继而消减率随之增加,但是增加的速度减缓;在冲击电流不变的情况下,冲击时间增加,消减率没有显著的变化规律。     

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。     

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。     

钢桁梁桥整体节点焊接残余应力试验

为研究东江大桥整体节点焊接残余应力的大小及分布规律,采用与实桥相同的焊接工艺制作了实桥E16节点的1∶1足尺模型,用盲孔法对该节点模型各主要焊缝的残余应力大小与分布进行了测试。结果表明:对于整体节点而言,焊接过程会产生很大的残余应力,其最大值接近材料的屈服强度;在焊缝区域,沿焊缝垂线方向,纵向残余应力均呈压应力-拉应力-压应力交替分布,规律明显,在焊缝中心处为最大拉残余应力;在不等厚对接焊区域,厚板一侧的残余应力大于薄板一侧;打磨和钻螺栓孔可以对残余应力起到释放作用;研究结论可为制定消除整体节点焊接残余应力的措施提供依据。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Fatigue strength assessment including welding residual stress of spot welded joints subjected to cross-tension loads

This paper presents a method to assess of fatigue strength for resistance spot welded joints, which incorporates welding residual stress effects. To achieve this, first, a non-linear finite element analysis (FEA) was performed to simulate the spot-welding process. To validate the FEA results, the numerically calculated welding residual stresses of spot welds were then compared with experimental results measured by X-ray diffraction method. The residual stress distributions showed good agreement between calculations and experiments. To evaluate the effects of welding residual stress on the fatigue design criterion of resistance spot welded joints subjected to cross-tension load, the stress amplitude (σ_a-res) taking into account welding residual stress at a spot weld was proposed based on a modified Goodman equation incorporating the residual stress effect. Using the stress amplitude σ_a-res at the nugget edge of a spot weld, the ΔP ? N_f relations obtained as the fatigue test results for spot welded joints were systematically rearranged to the σ_a-res ? N_f relation. It was found that the proposed stress amplitude (σ_a-res) provides more reasonable and accurate fatigue design criterion of spot welded joints subjected to cross-tension load.     

ATV车架焊接工艺流程分析

ATV车架焊接的好坏与车架材料、工装固定、焊丝种类、焊接电流和焊接顺序等密切相关,焊接前可结合CAE分析和残余应力分布的预判来确定车架材料及焊接顺序;在进行跑车试验前,先检查焊接质量,如焊接接头所包括的焊缝、熔合区和热影响区等,以设定整个工艺流程;用材料试验法对关键点的焊接接头进行检查,可对焊接工艺给出合理判断.     

预热温度对盾构刀盘堆焊组织和性能的影响

为解决大直径刀盘拼装焊接后残余应力大、产生延迟裂纹的问题，提出通过控制预热温度提高堆焊质量的方案。试验采用自保护药芯焊丝对盾构刀盘使用的Q345R材料进行堆焊，分别研究预热温度为50、100、150、200 ℃时堆焊组织和性能的变化。结果表明： 经过100 ℃预热后，残余应力最小，冲击韧性最好，显微硬度梯度变化幅度最小，综合力学性能最佳。将试验得出的结论用于指导刀盘堆焊时预热温度的选取，证明通过选取合适的预热温度，刀盘焊接后UT探伤结果一次合格率达到100%，在实际应用中取得了良好的效果。     

不同热源模型下顶板-U肋焊缝焊接残余应力分析

钢桥面板在焊接过程中会产生较大的残余应力,严重影响其使用性能。为确定焊接过程中残余应力的大小,基于有限元软件ANSYS,建立了正交异性钢桥面板U肋节段模型,采用均匀体热源模型、半球状热源模型、双椭球热源模型三种不同的热源模型,通过生死单元技术,对顶板-U肋焊缝焊接过程进行了数值模拟,得到了不同热源模型下的焊接温度场。在温度场计算结果的基础上,采用间接耦合法,计算了各热源模型下的焊接应力场。对不同热源模型下的温度场和应力场计算结果进行了比较。结果表明:三种模型在温度场整体分布和应力场顺桥向与横桥向分布上基本一致,仅在纵向应力沿板厚分布上存在轻微差异。     

大跨径斜拉桥钢结构疲劳监测与评估

以某大跨径斜拉桥为研究背景,基于钢箱梁的定期检测结果,研究了该斜拉桥的钢结构疲劳性能。在疲劳开裂较严重的顶板与U肋焊接细节、关键受力部位的底板与U肋焊接细节、索梁锚固区焊接细节布置传感器,测试各主要焊接细节的疲劳应力历程,基于雨流计数法获得疲劳应力谱。分析结果表明:苏通大桥目前的交通流量远大于2010年前的交通流量;钢箱梁底板与U肋焊接细节、索梁锚固区锚固板与外腹板焊接细节的疲劳寿命评估结果大于设计使用年限;若不计焊接初始缺陷与焊接残余应力,顶板与U肋焊接细节不会过早地发生疲劳破坏。     

钢桁梁整体焊接节点疲劳性能模型试验

整体焊接节点钢桁梁具有广阔的应用前景,其疲劳性能由整体焊接节点所决定。以长清黄河大桥为研究对象,通过理论分析和两尺度疲劳破坏试验对钢桁梁整体焊接节点的疲劳性能进行了研究。首先通过全桥杆件内力分析和多尺度疲劳损伤分析确定了控制主桁疲劳性能的整体焊接节点位置及其控制构造细节;在此基础上设计了2类共21个试验模型,其中包括20个构造细节试样模型和1个足尺节段模型,进行了疲劳破坏试验,确定了整体焊接节点控制构造细节的主导疲劳开裂模式、应力集中系数和疲劳强度。研究结果表明：节点顶板、横梁上翼缘与节点板熔透对接焊连接细节是整体焊接节点疲劳性能的控制构造细节,其主导疲劳开裂模式为从节点板焊趾起裂并沿板厚扩展;实际受力模式下,控制构造细节中节点板焊趾应力集中系数为1.163,横梁上翼缘焊趾应力集中系数为1.789;2类试验模型的宏观疲劳裂纹起裂寿命均占总疲劳寿命的75%以上,故将2类试验模型的疲劳失效判据统一定义为出现宏观疲劳裂纹;基于此,2类试验模型所得到的控制构造细节疲劳强度等级基本一致;控制构造细节2种开裂模式名义应力疲劳强度等级均建议采用公路钢结构桥梁设计规范中的FAT80,热点应力疲劳强度均建议采用欧规中的FAT90。     

液力变矩器焊接的数值模拟和质量控制

对液力变矩器的制造精和质量要求很高，焊后必须保证产品的尺寸精度，并要进行疲 试验以考虑焊缝的强度。通过分析计算，可以预测各种条件对焊接变形的影响；发现疲劳承载时的最危险断面在不在焊缝处，而是在上盖板的弯角处。     

一起汽车短周期螺柱焊接质量事故分析

分析汽车螺柱焊脱焊案例原因,发现焊缝区有气孔、飞溅,熔合不良。观察确认为焊枪导向夹套磨损和提升距离、伸出长度不合理影响焊接参数稳定性,进而影响焊接区熔化、成型、凝固过程导致脱焊。更换导向夹套,合理调整上述参数,调整提升距离为1.2mm,伸出长度为1.5 mm,调整后未发现脱焊,拉脱力对比试验获取实验结果,对引起脱焊电弧行为作用过程进行了分析,确认脱焊发生的直接原因。     

超大跨径斜拉桥钢桥面板疲劳损伤监测与断裂力学研究

为研究超大跨径斜拉桥钢桥面板的疲劳损伤问题,本文以某斜拉桥为工程背景,对实桥进行了现场疲劳损伤监测与分析,并基于断裂力学的三维裂纹扩展模型,对钢箱梁顶板-U肋和横隔板-U肋等焊接细节进行了数值仿真与研究。结果表明：实桥顶板-U肋焊缝细节高应力幅(大于10MPa)循环次数与疲劳损伤度明显低于横隔板-U肋细节,横隔板-U肋焊缝最大应力幅达到75~90MPa,顶板-U肋焊缝最大应力幅为15~30MPa,横隔板-U肋焊缝细节处裂纹数量远大于顶板-U肋焊缝细节处裂纹数量;顶板-U肋焊缝裂纹在扩展过程中基本保持平面,裂纹扩展有先沿焊缝方向纵向扩展,再向深度方向扩展的趋势;横隔板-U肋焊缝焊趾处裂纹先沿初始裂纹深度方向在横隔板扩展,再向横隔板厚度方向扩展,焊趾处裂纹先向U肋厚度方向扩展,后沿初始裂纹长度方向顺桥向扩展;在初始裂纹尺寸与荷载条件相同的情况下,顶板-U肋焊缝焊趾处裂纹扩展速度大于焊根处裂纹扩展速度,横隔板-U肋焊缝焊趾处裂纹扩展速率大于横隔板焊趾处裂纹扩展速率。     

U肋-面板全熔透焊接接头疲劳性能试验

正交异性桥面板U肋-面板焊接接头为疲劳裂纹多发部位,为了提高U肋-面板焊接接头疲劳性能,分析目前规范中对该构造细节的疲劳设计要求以及疲劳问题依然存在的原因,在目前主要采用部分熔透焊形式的背景下,考虑引入全熔透焊接以期达到提高疲劳性能的目的。研究围绕一种全新的U肋-面板全熔透焊接接头的疲劳性能分别开展构造细节和节段足尺模型试验研究。试验结果表明：全熔透疲劳裂纹都是始于U肋内侧焊趾处,沿着U肋腹板厚度方向发展,部分熔透焊裂纹主要始于未熔透焊缝的焊根部位,沿焊喉方向发展,直至贯通整个焊喉,且在同样加载条件下,全熔透焊裂纹产生的加载次数明显高于部分熔透焊;全熔透焊的热点应力试验测试值与理论计算值基本一致,U肋焊趾部位应力集中明显,内侧受拉外侧受压,解释了疲劳裂纹起始点为U肋焊趾内侧;经回归计算得到热点应力疲劳强度为263.8 MPa;将足尺节段疲劳试验加载幅度对应的加载次数换算为公路桥梁规范单车轮轮载60 kN所对应的加载次数,2个试件加载次数都超过1.2亿次,且U肋-面板全熔透焊接接头依然没有疲劳裂纹产生,表明U肋-面板全熔透焊接接头具备优良的抗疲劳性能。