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波形钢腹板焊接残余应力的超声法检测研究
| 论文题名： | 波形钢腹板焊接残余应力的超声法检测研究 |
| 关键词： | 组合梁桥;波形钢腹板;焊接残余应力;超声法;盲孔法;数值模拟 |
| 摘要： | 对于波形钢腹板组合梁桥，其采用波形钢腹板替代原有混凝土腹板，这有效解决了腹板开裂的问题，并且减轻了桥梁上部结构自重。但由于加工设备、运输条件和施工安装等因素限制，使得波形钢腹板宽度受到限制，常用的波形钢腹板为1600型。在工程中波形钢腹板之间通常采用焊接进行连接，虽然这种连接方式具有连接性好、整体性好的优点，但也会导致焊接残余应力的产生。焊接残余应力的存在会对结构产生不利影响，因此测量分析焊接残余应力的分布对于保证结构的安全性具有重要意义。本文首先对超声法检测焊接残余应力的准确性进行研究，然后使用超声法对波形钢腹板焊接残余应力进行测量研究，最后通过数值模拟分析焊道数量对波形钢腹板焊接残余应力的影响，完成焊接工艺优化。本文主要的工作内容和结果如下： （1）设计制作了16mm和24mm两种厚度的焊接平板试件，并分别采用超声法和盲孔法对焊接平板试件的残余应力进行测量。通过将两种方法的测量结果进行对比分析，验证超声法检测应力的准确性。结果表明，对于平行于焊缝方向的路径，其纵向应力呈路径两端为拉应力，中部区域为压应力的分布；横向应力在路径两端为压应力，中部区域为拉应力。超声法和盲孔法测得的残余应力趋势基本一致，且数值上接近。 （2）采用超声法对依托工程中16mm和20mm两种厚度波形钢腹板搭接焊缝的残余应力进行测量，分别检测了波形钢腹板焊缝一侧两条路径的纵、横向残余应力，并分析了钢板厚度对焊接残余应力的影响。结果表明，对于平行于焊缝方向路径的纵向应力，在路径两端区域为压应力，中部区域为拉应力；横向应力则在中部区域为压应力，两端区域为拉应力。随着波形钢腹板板厚的增加，路径稳定区域的纵向应力也随之增大，而横向应力则有一定程度的降低。 （3）采用有限元软件ABAQUS建立16mm和20mm厚的波形钢腹板搭接焊模型，进行三维热弹塑性有限元分析，并且采用顺序耦合方法对其焊接温度场和应力场进行数值模拟。通过将数值计算结果与超声法测量结果进行对比，验证数值模型的准确性。结果表明，数值模拟结果与超声法测量结果应力分布趋势吻合良好，而且在数值上接近。 （4）采用ABAQUS建立焊道数量为4和6的波形钢腹板有限元模型，研究焊道数量对20mm厚波形钢腹板焊接残余应力的影响。结果表明，4道焊和6道焊的应力分布趋势一致。对于20mm厚波形钢腹板，采用6焊道时的残余应力总体上比采用4道焊的水平低。在实际工程中可以通过增加焊道数量来降低波形钢腹板的焊接残余应力。 |
| 作者： | 李昌敏 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 林冰;曲成平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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