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近年来,正交异性钢桥面板由于其本身的许多构造优点,被许多国家采用用于修建大跨径桥梁的桥面结构。由于其制作工艺的特殊性,正交异性钢桥面板存在许多焊缝,受到外荷载的循环作用下,有焊缝处容易出现疲劳裂纹,因此研究焊缝位置处的疲劳寿命对正交异性钢桥面板的维修加固具有重要的理论意义和工程价值。本文以南京长江大桥维修改造工程为依托,通过Abaqus进行静力分析,得到横纵向最不利荷位,探究单轮荷载作用下,关注位置处疲劳应力的变化情况;其次根据弹塑性分析理论对1/2U肋有限元模型进行热力耦合分析,通过编译Dflux子程序施加于作业,得到焊接过程中以及冷却后的温度场和应力场分布情况,再根据应力叠加简化模型进行残余应力与车辆荷载的耦合分析,得到考虑残余应力情况下的焊缝处疲劳应力的分布情况;最后对比各国规范中对焊接结构的疲劳等级分类,选取合适的疲劳S-N曲线,结合实际交通量,采用Miner线性累积损伤准则计算出日损伤度从而得到典型焊缝位置处的疲劳寿命,对比得到残余应力对焊缝处疲劳寿命的影响程度。全文主要内容与结论如下:(1)RD区域的最不利荷位为跨中U肋腹板正上方,RDF以及RF区域的最不利荷位为关注位置距离横隔板30cm处正上方。RD区域的疲劳控制应力为第三主应力,越靠近焊趾处,第三主应力增长速率越快,距离焊趾0.5t范围外的位置第三主应力值近似线性变化且逐渐减小;RDF和RF区域的疲劳控制应力为第一主应力,距离焊趾处越近应力增长速率越快,距离焊趾处0.4t位置时应力开始呈线性分布。(2)相比于高斯分布热源模型以及生热率热源模型,双椭球热源模型更适合模拟正交异性钢桥面板的焊接过程。双椭球热源在移动的过程中焊缝区域仅局部受热,热源前半球的温度明显高于热源后半球。热源中心温度急剧增加并超过焊材的熔点,焊接结束后冷却至室温,形成准稳态温度场。冷却时间设置为5000s时焊缝温度与环境温度之差在0.01℃左右。采用该热源模型得到的熔池形状与实际焊接形状基本吻合。(3)熔池区域应力几乎为0。U肋与桥面板焊接时,距离热源中心50mm范围内的残余应力变化较大,最大残余应力值为511MPa,在经过RDF区域时,残余应力发生突变冷却后RDF区域残余应力稳定在365MPa左右,非常接近于钢材的屈服强度,在使用过程中,局部极易出现塑化现象。在桥面板厚度方向上,横向残余应力呈先减小后增大的趋势,桥面板中心主要为压应力,上下表面主要为拉应力,焊趾处残余应力最大为120MPa,焊根处残余应力最大为175MPa;U肋厚度方向上的残余应力呈先增后减的趋势。在车轮荷载作用下,焊缝区域的残余应力会重新分布,出现局部塑化区,塑化范围也随着轮载的增大而增大。(4)残余应力对疲劳寿命状态有很大的影响。RD焊缝区域的疲劳寿命降低了62%,RDF焊缝区域的疲劳寿命降低了69%,RF焊缝区域的疲劳寿命从无限疲劳寿命变为有限疲劳寿命。在实际使用过程中残余应力对疲劳寿命的影响不容忽视。