基于3D斷裂力學(xué)的正交異性鋼橋肋-橋面焊縫的疲勞壽命評估.pdf

1、正交異性鋼橋面板由于其自重輕,極限承載力大,施工速度快,結(jié)構(gòu)美觀,易于維護等優(yōu)點,從而越來越廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外的大跨度橋梁。而鋼橋肋-橋面板焊接處由于幾何突變及焊接過程中的焊接缺陷,在車輛循環(huán)載荷作用下,容易產(chǎn)生疲勞裂紋,及裂紋擴展便會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。
　　對鋼橋焊縫疲勞分析的傳統(tǒng)方法主要基于S-N曲線。而一般S-N曲線不適用于鋼橋肋-面板焊接處的以壓為主的拉壓循環(huán)應(yīng)力情況。并且S-N曲線只考慮裂紋擴展初期疲勞壽命,使得疲勞分析過于保

2、守?；跀嗔蚜W(xué)的疲勞分析是正交異性鋼橋焊縫疲勞評估的新方法。在運用有限元法計算裂紋尖端應(yīng)力強度因子時,一般將鋼橋肋-面板焊接處的裂紋考慮為貫穿于整跨的長裂紋從而將其簡化為2D平面模型進行分析,使得分析結(jié)果不夠準(zhǔn)確。此外,斷裂力學(xué)分析方法中的Paris公式,Forman公式等計算模型也只適用于拉應(yīng)力循環(huán)載荷或是循環(huán)應(yīng)力比R>-1的情況。
　　本文將運用ANSYS分析疲勞載荷車的單軸雙輪,雙軸雙輪在over-rib,in-betwe

3、en-rib,riding-rib的不同加載情況下正交異性鋼橋肋-面板焊接處的循環(huán)應(yīng)力特點,找出最危險加載方式及循環(huán)應(yīng)力。并以此為基礎(chǔ)運用PATRAN建立3D局部焊縫模型,運用基于有限元(FEM)和對稱伽遼金邊界元(SGBEM)疊加原理的AGILE疲勞分析模塊,首次對正交異性鋼橋的肋-面板焊接處的裂紋進行3D斷裂力學(xué)分析。分析了3D應(yīng)力狀態(tài)下鋼橋肋-面板焊縫處裂紋尖端應(yīng)力強度因子隨裂紋深度的變化情況。同時也對2D平面應(yīng)變模型不能處理的裂