超大跨径斜拉桥焊接细节热点应力集中系数研究

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1、310科技研究城市道桥与防洪2013年8月第8期超大跨径斜拉桥焊接细节热点应力集中系数研究李元兵(上海同济建设工程质量检测站，上海市200092)摘要：该文以某斜拉桥为研究背景，基于外推法和Dong氏法，研究了超大跨径斜拉桥钢箱梁焊接细节热点应力集中效应，确立了热点应力计算方法，并测试分析了各主要焊接细节焊趾应力集中效应。结果表明：边界条件对计算结果影响不明显，网格划分密度对计算结果影响较大，需予以重视。关键词：粗糙模型；子模型；热点应力集中系数．步推法中图分类号：U445．58*3、U441．5文献标识码：A文章编号：1009—7716(2013)07—0310—040前言1工程背景

2、超大跨径斜拉桥作为焊接结构，由于焊缝焊某斜拉桥为100m+100m+300m+l088m(中趾处的应力集中、残余拉应力和焊接缺陷的作用，跨)+300m+100m+100m的双塔双索面钢箱梁斜其疲劳强度大幅度地低于基本金属的疲劳强度，拉桥，主梁采用扁平流线形钢箱梁。顶板在顺桥向不因而，各焊接细节是最易发生疲劳破坏的位置。目同区段采用了14～24mln不同的厚度，横桥向靠前针对钢桥的疲劳设计和评估，广泛采用的是基近外腹板2．55m范围内采用了20mm、24mm两于s—N曲线的名义应力法。但使用的s—N曲线必种厚度，顶板设置了8～10mm厚的u型加劲肋；须与特定的焊接细节相对应，由于有效的疲

3、劳试底板在顺桥向不同区段采用了12～24mm不同的验数据极其匮乏，难以建立众多焊接细节的疲劳厚度，并设置了6—8mm厚的u型加劲肋。钢箱梁寿命S-N曲线，设计时又常存在判断焊接细节类内设置了横隔板，其标准间距为400em。非吊点处型的混乱，甚至误判和错判。目前，国内和国际上横隔板一般为10lnrfl厚，拉索吊点处横隔板采用评估焊接细节疲劳寿命，应用较为广泛的是基于变厚度，即外腹板附近为16mill厚、中间为12mm热点应力幅的S-N曲线法。与名义应力法需确定厚。钢箱梁内设置两道纵隔板，除竖向支承区、压焊接细节不同，热点应力直接考虑了焊接节点焊重区和索塔附近梁段采用实腹板式外，余均为桁缝

4、周围应力的不均匀分布，且排除了焊缝形状和架式。斜拉索在主梁上的锚固采用锚箱式，锚箱安焊接缺陷的影响，使得具有不同焊缝截面和焊趾装在主梁腹板外侧，并与其焊成一体。主梁采用条件的同种材料焊接节点可以采用相同的S-N曲Q370qO和Q345qD钢材，钢材屈服强度及其相关线来预测疲劳寿命。热点应力决定了疲劳裂纹的容许应力随板厚变化根据GB／T714—2000规定执扩展方式，是节点疲劳寿命的主要影响因素，可由行。索塔采用倒Y形混凝土塔，上塔柱为对称单箱热点应力集中系数计算而得。由于热点应力集中单室断面，壁厚在斜拉索锚固面为100cm，非锚固受载荷方式、焊件几何尺寸等因素影响；采用有限面为120e

5、m。斜拉索在索塔上的锚固，第1～3对元数值分析，其结果对单元类型及网格划分比较直接锚固在上塔柱的混凝土底座上，其他采用钢敏感；若选用外推法计算，外推点的选择亦跟焊接锚箱锚固。钢锚箱包裹在上塔柱混凝土中。钢锚箱采方式和焊缝几何形状有关。目前，热点应力集中系用节段制作，节段长7l1．8—851．7cm，宽240em，高数的研究主要集中海洋平台、船舶等领域，在桥梁230～355cm，节段间采用高强螺栓连接；钢锚箱工程中很少涉及；研究的手段多是通过有限元数与索塔之间侧向接触面采用剪力钉连接，最下端值模拟，缺乏有效的试验验证ll-41。本文基于国内外直接支撑于混凝土底座上。现有的热点应力计算理论

6、，对超大跨径斜拉桥焊2有限元数值模拟接细节的热点应力集中系数进行数值分析和试验验证。用有限元法分析焊接节点热点应力，计算结果的精度很大程度上取决于所建立的有限元模型收稿日期：2013—05—08是否合理。尤其是网格划分、单元类型、边界条件，作者简介：李元兵(1979-)，男，湖北应城人，博士，q-~~li，研以及焊缝的模拟等直接影响了计算结果。考虑到究方向：桥梁结构退化与损伤评估。2013年8月第8期城市道桥与防洪科技研究311计算精度的要求和计算存储的限制，在对顶板与3热点应力计算结果纵肋焊接节点划分网格时，须采用分区域网格法。即焊缝附近的区域，因为应力集中的存在，应力梯采用图1建立

7、的有限元模型，分析大桥箱梁u度较大，网格需要划分得较密一些，而在远离焊缝肋与顶板节点焊缝周围的应力分布，计算结果如的区域是非重要区域，应力梯度较小，网格可划分图2所示(t和t1分别为顶板和u肋腹板的厚度)；得稀疏一些。在单元类型的选择上，由于壳单元不分别选用0．491．0t和0．5t／1．5t作为参考点，通能反映应力在板厚度方向上的变化，而且在模拟过线性外推法计算该节点的热点应力集中系数，焊缝形状上也有缺陷，因此应采用三维实体单元如表1所列。由