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高速公路钢桥焊接残余应力数值计算及结构可靠性分析
| 论文题名： | 高速公路钢桥焊接残余应力数值计算及结构可靠性分析 |
| 关键词： | 高速公路钢桥;焊接残余应力;结构可靠度;安全系数;有限元分析 |
| 摘要： | 高速公路作为主要的交通运输方式之一，具有快捷方便，适应能力强、普及程度高的优点，是经济动脉中不可缺少的重要部分。而高速公路桥梁是各条高速公路之间相互连接的重要节点。为了提高桥梁的结构强度，降低自身重量，高速公路桥梁普遍为钢结构桥梁。焊接是钢结构桥梁建造中最基本也是最常用的连接方式，焊接质量直接影响高速公路钢桥的承载能力和使用寿命。由于焊接过程伴随剧烈的温度变化，焊缝位置容易产生裂纹、凹坑等焊接缺陷，而且不可避免的产生焊接残余应力。随着高速公路桥梁服役年限的增长，桥梁的承载能力将会逐渐降低。同时，焊接导致的残余应力与钢桥整体受到的外载相互耦合，对钢桥整体结构可靠性造成影响。 本文以某高速公路钢桥为研究对象，借助有限元计算钢桥整体结构应力分布状态，对焊接过程进行了数值模拟，运用可靠性分析方法，分析了钢桥在考虑焊接残余应力时的结构可靠性，为钢桥定期检修提供理论依据。本文主要研究内容如下： (1)根据工程概况在三维绘图软件中创建三维模型，同时将桥梁结构简化，依据现行钢桥设计手册对钢桥所受作用进行分析，计算得出钢桥所受自身重量及车道载荷，在有限元软件中进行分析，对钢桥次外侧主梁定义路径，提取应力值，与桥梁钢强度进行比较。 (2)利用有限元软件ANSYS，创建对接焊缝模型，定义了钢板母材在不同温度下的力学性能以及焊接参数，借助APDL语言，运用生死单元完成了对接焊缝的数值模拟，同时得到了焊接过程中热源中心及附近的等值线分布图；改变单元类型，将分析结束的温度作为载荷重新施加到焊缝位置，计算完成后得到焊接残余应力状态分布。 (3)通过应力-强度干涉理论将极限条件下的应力值和焊接残余应力相耦合，结合钢桥结构材料进行分析，得到不同可靠度下，有、无残余应力和残余应力松弛时，不同可靠度下钢桥结构的安全系数，分析焊接残余应力对钢桥结构的影响。 (4)基于Goodman疲劳曲线，引用赣江大桥和上海外白渡桥实测应力谱，考虑焊接残余应力，对该焊接钢桥进行结构疲劳分析。将钢桥主梁不同位置应力值与Goodman疲劳曲线进行比较，保守估计钢桥是否满足无限寿命设计要求。 |
| 作者： | 张如鹏 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 韦尧兵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州理工大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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