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波形腹板钢箱梁焊接残余应力分析及其对腹板屈曲性能的影响
| 论文题名： | 波形腹板钢箱梁焊接残余应力分析及其对腹板屈曲性能的影响 |
| 关键词： | 波形腹板钢箱梁桥;焊接过程;残余应力;屈曲性能 |
| 摘要： | 焊接过程中，焊件受到不均匀加热产生热变形，而热变形会受到焊件本身刚度的约束，从而在焊件中产生焊接残余应力。焊接残余应力对波形腹板钢箱梁的使用性能和安装精度影响较大。目前，国内外针对波形腹板钢箱梁焊接残余应力的理论和试验研究较少，因此对其进行深入的研究是必要的。本文以实际工程为研究背景，对波形腹板钢箱梁焊接过程进行了试验和数值模拟研究，分析了焊接残余应力的分布规律及其对波形腹板屈曲性能的影响，主要研究内容如下： （1）对国内外焊接残余应力的研究现状进行了总结，主要包括试件焊接过程中温度、应力的相关理论和研究方法；焊接残余应力的分析方法及其对结构性能的影响等。根据目前研究中存在的问题，确定了本文的研究内容和研究目标。 （2）对波形腹板钢箱梁试件S1、S2进行了焊接过程温度、应变测试试验，采用红外线测温仪进行温度测试，DH3818静态应变测试仪进行应变测试。应变测试过程中试件S1未设置温度补偿，S2设置了温度补偿。对焊接过程中温度、应变的实测值进行了整理分析，得出了波形腹板钢箱梁焊接过程中温度、应变的变化规律。 （3）总结了焊接过程温度场、应力场分析理论，采用有限元软件ABAQUS建立了试件S1、S2三维热-弹塑性顺序耦合有限元模型，其中热源采用双椭球热源模型模拟，求解子程序采用FORTRAN语言编写。采用有限元模型分析了波形腹板钢箱梁焊接过程中温度场、应力场的分布情况，得出了波形腹板钢箱梁焊接残余应力的分布规律。有限元模型的准确性得到了实测值的验证。 （4）分析了波形腹板厚度、高度、弯折角半径、钢底板厚度和宽度对波形腹板钢箱梁焊接残余应力的影响。通过分配比例来定量的表达波形腹板与钢底板焊接残余应力的分配情况，拟合出了波形腹板钢箱梁焊接残余应力分配比例与分布宽度的计算公式；结合试件横截面上焊接残余应力自平衡原理，推导出了波形腹板钢箱梁横截面上残余应力的计算公式，结果表明：理论计算结果与有限元分析结果吻合良好。 （5）总结了波形腹板弹性屈曲强度与弹塑性屈曲强度计算理论。以实际工程为例，采用ABAQUS对波形腹板进行了线性屈曲分析，得出了不同的屈曲模式下波形腹板的屈曲应力；采用规范方法（等效缺陷）与本文公式计算的焊接残余应力（真实缺陷）作为初始缺陷分别施加于波形腹板，对波形腹板进行了非线性屈曲分析，得出了波形腹板的失效模式及荷载位移曲线，分析结果表明：与规范方法相比，采用焊接残余应力代替结构初始缺陷更加准确。 |
| 作者： | 赵亚宁 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 冀伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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