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。