钢桥面板U形肋与面板连接部分熔透焊缝受力分析.pdf

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1、铁道建筑2017年第4期ＲailwayEngineering13文章编号:1003-1995(2017)04-0013-05钢桥面板U形肋与面板连接部分熔透焊缝受力分析1221鲜荣，鞠晓臣，曾志斌，代希华(1．广东省公路建设有限公司，广东广州510623;2．中国铁道科学研究院，北京100081)摘要U形肋与面板之间连接焊缝的疲劳裂纹是正交异性钢桥面板最典型的疲劳裂纹之一。该焊缝由以前的贴角焊缝过渡到现在的部分熔透焊缝，并要求至少75%的熔透率。受坡口加工和组装精度、焊接工艺等因素的限制，实际上该焊缝的熔透率变化较大

2、。本文采用大型通用有限元程序Abaqus建立精细化的三维实体单元有限元计算模型，研究了65%，75%，85%3种不同熔透率对U形肋与面板连接部位受力状态的影响，结果表明提高熔透率能够减小面板上的拉压应力和剪应力，以及焊缝喉部和根部的应力。研究成果为规定此种焊缝的制造误差提供了依据。关键词钢桥面板;熔透率;有限元分析;U形肋与面板连接;局部应力中图分类号U443．3文献标识码ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2017．04．04正交异性钢桥面板由面板、纵肋和横肋组成，三者易出现疲劳裂纹，特别是

3、当裂纹沿着面板向上扩展并［1］互相垂直，焊接成整体而共同工作。纵肋分为开口穿透面板时，不仅影响正常行车，而且修复非常困［5-6］肋和闭口肋，其中闭口肋形状主要为U形。早期建成难。受坡口加工和组装精度、焊接工艺等因素的的采用正交异性钢桥面板的钢桥，U形肋与面板之间影响，该连接焊缝的熔透深度很难得以保证。不同熔采用单侧贴角焊缝(见图1(a))，如英国Severn桥，结透深度究竟对该部位的受力和抗疲劳性能有多大影果使用时间不长就发现该焊缝疲劳开裂。在该桥加固响，需要深入研究。本文采用大型通用有限元分析软方案的试验研究中，发

4、现当U形肋开坡口、采用喉部件Abaqus，针对8mm厚U形肋与16mm厚面板之间高度不小于7.5mm的半熔透角焊缝连接U形肋与面的连接焊缝，计算分析了熔透率分别为65%，75%，板时能够满足使用要求。因此该构造细节逐步演变为85%对面板厚度方向、焊缝喉部方向、焊根处应力分布U形肋开坡口，并确保焊缝喉高a不小于肋板厚度t，的影响。［2］熔透深度≥0.75倍肋板厚度(见图1(b))。美国1有限元计算模型［3］［4］AASHTO规范、设计手册、我国《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64—2015)要求熔透深度达到80%正

5、交异性钢桥面板属于薄板结构，在进行有限元U形肋腹板厚度。计算分析时通常采用板壳单元。对于匀质的板式钢结构，在定义有限元计算模型节点的几何位置时，一般以钢板中心面为基准。U形肋与面板半熔透连接焊缝是应力集中、容易产生疲劳裂纹的部位，很难采用板壳单元模型化。由于钢桥面板的构造细节非常复杂，采用板壳单元不能真实模拟其实际受力状态，因此本文在进行受力分析时全部采用三维实体单元进行有限元计算。钢箱梁几何尺寸很大，受计算能力的限制，全部采图1U形肋与面板焊接连接构造细节(单位:mm)用实体单元建立有限元模型非常困难，解决的办法有

6、在汽车轮载的反复作用下，U形肋与面板之间连2种:①采用子结构模型，即除关注的区域采用实体单接焊缝的焊趾和焊根处产生很大的集中应力，还是容元外，其余部位采用板壳单元;②采用等效结构，即直接从钢箱梁中取出一大块钢桥面板作为计算对象，其收稿日期:2016-11-20;修回日期:2017-02-15在汽车轮载作用下的刚度与实际钢箱梁模型相近。由作者简介:鲜荣(1980—)，男，高级工程师，博士。E-mail:rxianok@163．com于正交异性钢桥面板在汽车轮载作用下呈局部鼓曲状14铁道建筑April，2017变形，其影

7、响范围有限，因此本文采用第2种方法:横构件的几何尺寸见图2。不考虑铺装层对结构受力的桥向取6道U形肋，顺桥向取3个节间4道横隔板，各影响。图2计算采用的正交异性钢桥面板结构(单位:mm)采用AbaqusV6.11，建立上述结构的精细有限元钢箱梁一般采用实腹式横隔板，中间不设置横肋，模型，单元类型为8节点三维实体单元(见图3)，焊脚当荷载作用于横隔板正上方时，钢桥面板的面板相对尺寸为7mm×7mm，并对其进行了有限元网格划分底板的变形非常小，因此将横肋的下翼缘板固定。(见图4)，细部单元网格尺寸为0.2mm×0.2mm

8、×根据我国《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—0.2mm。U形肋与面板连接焊缝焊根为该部位裂纹2015)，公路车辆荷载后轴重力标准值为140kN，中、的起始点，图4中A点为裂纹沿面板厚度方向扩展的后轮着地尺寸为600mm(长)×200mm(宽)(见2起始点，B点为裂纹沿焊喉方向扩展的起始点。图5)。按此计算，均布压力为1166.667kN/