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钢箱梁焊缝疲劳寿命预估与可视化管理系统研究
| 论文题名： | 钢箱梁焊缝疲劳寿命预估与可视化管理系统研究 |
| 关键词： | 斜拉桥;钢箱梁;焊缝疲劳;可视化管理系统;疲劳寿命 |
| 摘要： | 钢箱梁广泛应用于大跨度桥梁结构中，但是这种结构构造复杂，焊缝数量多，焊接处容易发生应力集中，在轮载的往复作用下，焊缝细节处易发生疲劳开裂。因此，需要对钢箱梁的焊缝进行疲劳寿命预估，进行科学有效的可视化管理，以保障钢箱梁焊缝细节的安全。 本文以某斜拉桥的钢箱梁为研究背景，针对钢箱梁正交异性钢桥面板的焊缝细节进行热点应力响应特性分析、疲劳寿命预估，同时对钢箱梁焊缝信息的可视化管理进行了研究，本文主要工作及结论如下： （1）选取正交异性钢桥面板的焊缝细节（顶板纵肋焊缝的顶板焊根、顶板纵肋焊缝的顶板焊趾、顶板纵肋焊缝的纵肋焊趾、纵肋横隔板焊缝的纵肋焊趾）作为研究对象，利用有限元计算软件ABAQUS的子模型技术建立实体单元进行模拟；引入热点应力法，研究轮载作用下焊缝细节的热点应力响应特性；建立不设置纵肋小隔板的有限元模型进行对比，研究纵肋小隔板对焊缝细节热点应力影响面的影响。研究结果表明：正交异性钢桥面板局部效应明显，不同焊缝细节的热点应力影响面区别较大；纵肋小隔板主要影响热点应力影响面的尖峰高度和尖峰对应的坐标，对于尖峰的个数以及拉压应力属性不影响。 （2）在焊缝细节热点应力影响面的基础上，编写程序得到疲劳荷载模型作用下焊缝细节的热点应力时程曲线，采用雨流计数法，将热点应力时程曲线转换成应力频值谱，按照相应S-N曲线，根据Miner线性累计损伤理论对易损焊缝细节进行疲劳寿命预估。 （3）通过改变纵肋小隔板布置形式，正交异性钢桥面板的参数，对焊缝细节的疲劳寿命进行对比研究。研究结果表明：不考虑焊接残余应力的情况下，布置在横隔板截面的纵肋小隔板对焊缝细节疲劳寿命提升最明显；不设置纵肋小隔板情况下，顶板纵肋焊缝顶板焊根的疲劳寿命最短，通过设置顶部与顶板贴合的纵肋小隔板、减小纵肋小隔板与横隔板距离、顶板加厚等措施可以有效提高此处的疲劳寿命； （4）基于3D体验平台的CATIA软件，采用“骨架+模板”的建模方法进行钢箱梁的快速建模；通过二次开发3D体验平台的ENOVIA软件，建立钢箱梁焊缝管理系统。研究结果表明：“骨架+模板”的建模方法对于钢箱梁的建模具有较强的适用性。基于3D体验平台的钢箱梁焊缝管理系统能够初步实现钢箱梁焊缝信息的可视化管理，针对钢箱梁焊缝多，焊缝信息繁杂难以有效管理的问题提供了一种新的解决思路。 |
| 作者： | 陈一搏 |
| 专业： | 土木工程;桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 万水 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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