焊接管节点疲劳研究综述

为加深对焊接管节点疲劳问题的认识,对焊接管节点名义应力法、热点应力法、切口应力法和断裂力学法4种常用疲劳评估方法应用现状和存在问题进行介绍,从疲劳效应（热点应力集中系数）和抗力（热点应力幅S N曲线）2个方面对首推的热点应力法研究现状进行总结,探讨了管节点结构形式的发展趋势。结果表明:焊接管节点常用四大疲劳评估方法中名义应力法应用最广,但过于保守,热点应力法最被推崇,但仍有待进一步完善,切口应力法实施难度大,尚未在规范中使用,断裂力学法则适用于剩余疲劳寿命评估;对于传统的圆形和矩形钢管节点,已形成了较为系统的热点应力评估方法,对热点应力集中系数最大值可能发生位置、外推区域、热点应力集中系数计算公式、壁厚效应修正系数等方面进行了明确的规定;在传统的圆钢管和矩形钢管节点基础上,创新节点形式,提出了钢管混凝土节点、PBL加劲型钢管混凝土节点、圆管 方管节点和鸟嘴式节点,对比传统钢管节点,钢管混凝土节点热点应力集中系数降幅在25%以上,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点降幅在50%以上,圆管 方管节点和鸟嘴式节点降幅则介于圆形钢管和矩形钢管节点之间。     

正交异性钢桥面板横隔板局部模型疲劳试验研究

正交异性钢桥面板U型加劲肋与横隔板连接处是该类结构较为重要的疲劳易损部位之一.以横隔板弧形切口最小截面处的疲劳细节为研究对象,针对性地提出一种简化的横隔板局部试验模型,通过数值模拟与桥面系足尺模型进行对比,验证了试验模型的合理性.采用该试验模型对3种常用横隔板孔型进行疲劳试验,分析了该试验模型的疲劳破坏模式以及细节处的...     

基于连续介质法研究焊接钢节点疲劳裂纹的产生和发展

采用基于连续介质的离散裂纹增长方法对焊接钢节点进行疲劳寿命分析。该方法将材料硬度和粒度的统计信息应用于累积损伤模型。通过疲劳强度试验验证了该方法的准确性,采用该方法预测的裂纹增长速率和疲劳寿命与试验结果一致。     

Effect of High Strain Rate on Low-Cycle Fatigue Behavior of Steel Welded Joints During Earthquake Loading

This study aims to investigate the effects of strain rate on the low-cycle fatigue strength of steel welded joints. Load-carrying cruciform joints with different material mismatch ratios were fabricated in order to observe the effects of material mismatching. A series of displacements that generate low-cycle fatigue damage were applied to the specimens. The experiment was conducted by fast cyclic loading and displacement control, using feedback from a displacement transducer. The feedback control algorithm was found to be critical. Thus, a non-linear feedback control algorithm, i.e., PID control, was implemented in the testing machine. An experimental setup capable of fast cyclic loading was developed. Fatigue life based on the load drop curve indicated that higher strain rates caused lower fatigue life. Failure behavior regarding the strain rate effects of steel welded joints was observed.     

正交异性钢桥面板改造的组合粘结系统

<正>交异性钢桥面板改造的问题在于既有钢板与第二个钢板的粘结,以降低应力和增加正交异性钢板的使用寿命。通过试验和分析,对梁的弯曲性能进行参数研究。试验考虑不同厚度、温度和跨度的影响。从试验结果可见,应力降低与温度无关。最小化第二块钢板的厚度及最大化粘结层厚度,可降低重量,增加组合结构的刚度,这是最有效的解决方法。组合梁的弹性性能和屈服荷载取决于钢板的性能,温度的影响不显著。然而,粘结层的受剪最终导致梁的破坏,而粘结层的性能受温度的影响较大。     

高强度钢焊接节点残余应力对应力集中系数的影响

对一系列由屈服应力为690MPa的高强度钢板焊接而成的T型和Y型节点试件进行研究。节点焊接方式为电弧焊(SMAW)。两组试件分别采用不同的焊接工艺:一组试件在常温状态进行焊接,另一组将试件预热至100℃再进行焊接。研究两组试件靠近焊趾处的残余应力。首先,采用钻孔法研究节点的残余应力分布及变化;然后,采用ABAQUS有限元软件进行热应力耦合分析以研究节点的残余应力分布;最后,评估节点处残余应力对应力集中系数的影响。结合残余应力影响给出评估应力集中系数的新参数。     

基于热点应力法的正交异性钢桥面板疲劳分析及验算

为了更加准确地评估钢桥面板的疲劳性能,提出基于热点应力法的钢桥面板疲劳分析及验算方法.该方法针对所分析的正交异性钢桥面板,首先利用有限元软件建立桥面系模型,然后采用热点应力法得到验算部位的应力历程,最后根据泄水法计算相应的热点应力幅并进行疲劳验算.以某三塔四跨双层钢桁梁悬索桥为例,针对该桥采用的正交异性钢桥面板,利用本...     

带垫板的铸钢-轧钢对焊接头疲劳性能试验研究

对11个铸钢-轧钢板件对焊接头试件进行了疲劳试验,接头处不等厚板件采用1∶4坡度过渡,并辅助垫板采用V形坡口焊缝连接.分析了铸钢-轧钢板件不同壁厚比、焊接质量对接头疲劳性能的影响,介绍了国外过去类似构造的铸钢-轧钢板件对焊接头的疲劳性能研究状况,将试验数据与国外研究成果进行了比较分析,对此类铸钢-轧钢板件对焊接头的疲劳...     

轻型车辆的预制正交异性钢板的疲劳分析

对轻型车辆的正交异性钢板进行疲劳分析,考虑疲劳敏感区域处的初始缺陷,获得疲劳寿命。采用3种模型精确模拟肋与隔板连接处的应力集中现象,并用Paris公式模拟裂纹发展状况。为了分析连接处焊接节点初始缺陷的影响,研究了不同初始裂纹下钢板的疲劳寿命。为正交异性钢板疲劳寿命的评估提出了一个合理的方法。     

Development of a fatigue experiment for the stiffener-to-deck plate connection in Orthotropic Steel Decks

Orthotropic Steel Decks (OSDs) are widely used in long span steel bridges since they are extremely light weighted and very efficient for resisting localized traffic loads. As this type of bridge deck consists of a complex network of longitudinal and transverse stiffeners, it is very sensitive to fatigue. Moreover, there is a lack of understanding concerning the actual fatigue behaviour. Therefore, a small-scale fatigue test has been designed for which the stresses would correspond with actual OSDs. Taking into account the possibilities available in laboratory conditions, the stress distribution at the considered weld does not perfectly match when using only one longitudinal stiffener. Nevertheless, relevant test data was obtained showing the dominance of weld toe cracks. In addition, beach marks are added during the tests. As a result, more information became available about the crack propagation. This information is very helpful when using fatigue assessment tools such as fracture mechanics.     

城轨钢箱梁U肋正交异性钢桥面板疲劳应力的 正交化计算方法

针对城轨钢箱梁正交异性桥面板关键构造疲劳应力问题,基于有限元方法提出正交化计算方法。首先计算典型正交异性钢桥面构造疲劳应力在城轨A型车和B型车作用下的纵向影响范围及最不利加载位置,并分析减振垫、吊点横隔板、轨下纵梁和道床板等参数的影响。然后根据大量工程实桥设计参数统计提出轨道交通桥梁正交异性板钢箱梁基准计算模型,并建立基准计算模型的空间有限元模型,通过数值计算得到顶板厚度、横隔板高度、横隔板间距、轨下纵梁高度及2种常见开孔形式等关键设计参数的影响系数,基于正交化方法提出不同设计参数条件下正交异性桥面板结构细节的疲劳应力计算公式。最后通过算例验证了正交化计算方法的可靠性和适用性。结果表明:城轨A型车在疲劳荷载作用下结构受力最不利; 轨下纵梁刚度对疲劳应力有显著影响。     

细长正交异性钢桥面板的疲劳寿命评估

在多种焊接节点中产生的疲劳裂缝,也产生在大量细长正交异性钢桥面板中。一部分裂缝在桥梁投入使用短短几年之后便会出现,所以对于桥面焊接节点的疲劳寿命评估较复杂。这同时也是局部压应力会随着很多因素而随机变化的原因,尤其是那些在车胎、公路和钢结构的动力交互作用面上。     

Parametric Study on the Interface Layer of Renovation Solutions for Orthotropic Steel Bridge Decks

Abstract: The article presents renovation solutions for orthotropic steel bridge decks consisting of bonding a second steel plate to the existing steel deck in order to reduce the stresses and enlarge the life span of the orthotropic bridge deck. Two solutions for the interface layer between the existing deck plate and the second steel plate are presented: thin epoxy (bonded system) and thick polyurethane (sandwich system). A parametric study based on analytical solutions is carried out on flexural behavior of beams representing the renovation solutions. The influence of geometrical, mechanical and structural parameters on the stiffness and stress reduction factor of the system is studied. Maximum values of stiffness and stress reduction are achieved when maximizing the interface layer thickness and minimizing the second steel plate thickness with in certain practical limits. Based on the weight restrictions one can choose the most efficient interface layer regarding thickness and mechanical properties.     

横隔板缺口形式对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响研究

以梯形及矩形截面形状的纵向加劲肋组合3种缺口类型的横隔板,建立正交异性闭口加劲钢桥面板有限元实体模型进行加载,用ANSYS程序计算分析了横隔板不同缺口形式的正交异性钢桥面板力学性能、正交异性钢桥面板、纵肋、横隔板三者连接处的应力状态以及不同缺口形式的正交异性钢桥面板疲劳性能,研究了横隔板缺口形式对正交异性钢桥面板静力力学性能以及疲劳性能的影响。     

基于热点应力法的钢管混凝土焊接节点疲劳构造细节比较

以钢管混凝土组合桁梁桥为研究对象,总结给出基于热点应力法的节点疲劳评估流程,并对其疲劳构造细节进行研究。结果表明:在矩形空管等宽节点基础上,主管内填混凝土使得节点支、主管表面最大热点应力幅分别降低10.86%和26.51%,节点疲劳寿命提高3.78倍; 在圆形空管节点基础上,主管内填混凝土使得节点支、主管表面最大热点应力幅分别降低13.88%和16.39%,节点疲劳寿命提高2.11倍; 在主方支圆空管节点基础上,主管内填混凝土使得节点支、主管表面最大热点应力幅分别降低20.06%和29.81%,节点疲劳寿命提高1.92倍; 此外,对于矩形钢管混凝土节点,先后在主管内壁设置PBL加劲肋和腹板采用整体节点板,支管表面最大热点应力幅分别继续下降12.11%和29.20%,主管表面最大热点应力幅分别继续下降8.81%和15.64%,由此可知,改变矩形空管节点的构造细节,可以使焊趾处的应力分布趋于均匀,疲劳寿命得到显著提高; 同时,在确保各类节点几何尺寸基本相当的前提下,研究得到各类节点疲劳性能优劣次序为PBL加劲型矩形钢管混凝土焊接整体节点、PBL加劲型矩形钢管混凝土等宽节点、矩形钢管混凝土等宽节点、矩形空管等宽节点、圆形钢管混凝土节点、圆形空管节点、主方支圆钢管混凝土节点、主方支圆空管节点。     

FRP桥板和钢梁粘结节点的性能

对纤维增强复合材料桥板与钢梁之间粘结点的贯穿厚度性能进行试验与理论研究。由于桥板对桥轴的横向向上作用,产生贯穿厚度拉应力。随着板下部纤维增强织物较高的应力集中,粘结节点的拉应力呈非均匀分布状态。基于有限元方法计算的应力集中以及通过小比例试验所获得的贯穿板后抗拉强度能够准确预测节点的极限荷载。节点的总安全系数高于主梁间FRP板的安全系数。疲劳荷载达到1000万次循环时,刚度无退化。     

正交异性钢桥面横梁疲劳性能研究

为研究正交异性钢桥面横梁的疲劳性能,以某钢桁梁柔性拱铁路桥为背景,设计制作了2个正交异性钢桥面横梁足尺模型试件,试件材料、构造细节和制作工艺等与实桥一致,2个足尺模型试件进行静载和高周疲劳承载试验,并与钢桥面试件的有限元计算结果进行对比分析。研究结果表明:横梁腹板两个不同半径的切口圆弧相交处为疲劳裂纹易发处,试件1在此处产生了疲劳裂纹;横梁腹板切口处的裂纹对局部区域有一定影响,但对钢桥面试件的整体刚度和钢桥面横向受力性能影响不大;试件1和试件2的疲劳试验结果显示:横梁腹板切口处应力循环200万次时的疲劳强度都超过71 MPa,建议该类铁路钢桥面疲劳设计可采用Eurocode3规范规定的71级。     

激光冲击对X80管线钢焊接接头应力腐蚀的影响

利用激光冲击波对X80管线钢焊接接头进行了表面改性处理,通过慢拉伸试验分析了X80管线钢焊接接头在NACE溶液(不含H2S和含饱和H2S)的H2S应力腐蚀开裂(SCC)行为,研究了经激光冲击处理后焊接接头表面细化的晶粒和残余应力对H2S应力腐蚀的影响机理.结果表明:激光冲击处理可改善焊接接头的表面质量,形成强化层,产生晶粒细化和残余压应力,获得细小均匀的针状铁素体组织,因大量晶粒承受氢压,可显著提高材料的临界应力值.应力腐蚀敏感指数ISCC比原始状态下降了5.84％,提高了X80管线钢焊接接头抗SCC的性能.激光冲击处理使X80管线钢焊接接头表面粗糙度有所上升,在一定程度上又降低了X80管线钢焊接接头SCC抗力.     

Numerical Simulation and Measurement of Welding Residual Stresses in Orthotropic Steel Decks Stiffened with U-Shaped Ribs

International Journal of Steel Structures - This study aims to investigate the magnitude and distribution of welding residual stresses in orthotropic steel decks stiffened with U-shaped ribs....     

关于焊接接头疲劳寿命试验及计算方法研究

焊接接头的疲劳寿命决定着焊接结构件的工作寿命,是进行结构件疲劳计算的基础数据,焊接结构疲劳寿命值及计算方法直接影响了产品可靠性设计.本文以对接接头为例进行试验研究,同时采用有限元疲劳寿命计算方法进行焊接接头疲劳寿命计算,验证有限元疲劳分析计算在结构件寿命计算的可行性,为结构优化寿命设计提供指导.