考虑焊接残余应力的钢桥面板U肋焊接处局部应力分析

摘要

为研究正交异性钢桥面板的顶板与U肋焊缝连接处残余应力及与外荷载组合作用下的局部受力特征,以宽体钢箱梁为工程实例,基于热弹塑性有限元法对该焊缝的施焊过程进行数值模拟,分析了焊接过程中温度场和应力场的变化;以初应力的方式实现了焊接残余应力与外荷载作用的组合.结果表明:面板下缘垂直于焊缝方向的残余拉应力峰值接近材料的屈服强度,远离焊缝的区域应力急剧减小,焊趾处的横向残余应力明显大于焊跟处;由面板上缘至下缘,纵向残余应力由压应力变为拉应力,横向残余应力呈"拉应力—压应力—拉应力"的交替变化趋势;以初应力的方式考虑残余应力,稳定应力场的相对误差可控制在5.0％以内;自重与二期恒载对焊缝区局部应力场的分布特征和焊跟及焊趾处的应力极值的影响不大(1.7％以内);外荷载中,考虑局部对称轮载作用且未考虑焊接残余应力在外荷载作用下的消散情况时,焊跟及焊趾处垂直于焊缝的横向应力极大值最大分别可增大10.7％、17.6％;焊接残余应力及与外荷载组合作用下,焊趾及焊跟位置处沿面板厚度应力的分布符合"直线+抛物线"的规律.