[發明專利]考慮焊接殘余應力的鋼橋構造細節S-N曲線的確定方法

有效

• 申請號: 201710213350.X
• 申請日: 2017-04-01
• 公開（公告）號: CN107103121B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 劉沐宇;鄧曉光;盧志芳;羅洪界
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮;王淳景

本發明公開了一種考慮焊接殘余應力的鋼橋構造細節S?N曲線的確定方法，包括以下步驟：采用熱?結構耦合分析方法，獲得鋼橋構造細節的焊接殘余應力；運用Goodman公式，考慮平均應力對結構疲勞強度的影響，推導考慮焊接殘余應力的材料S?N曲線修正公式；根據考慮焊接殘余應力的材料S?N曲線，計算不同應力水平疲勞荷載下構造細節焊趾處的疲勞壽命，建立構造細節名義應力和焊趾處疲勞壽命的對應關系，獲得考慮焊接殘余應力的鋼橋構造細節S?N曲線。本發明考慮了焊接殘余應力具體值對鋼橋構造細節疲勞特性的影響，使鋼橋的抗疲勞設計更安全，也避免了耗費大量人力、物力和財力的傳統足尺或縮尺疲勞模型試驗。

技術領域

本發明屬于交通運輸業橋涵工程技術領域，具體是涉及一種考慮焊接殘余應力的鋼橋構造細節S-N曲線的確定方法。

背景技術

鋼橋在焊接施工時由于焊接過程的不均勻加熱和冷卻，不可避免的會產生焊接殘余應力，它們存在，往往是形成焊接裂紋重要因素，將顯著降低結構的強度、疲勞壽命。然而現行規范中給出的一些典型構造細節的名義應力S-N曲線，都沒有考慮焊接殘余應力的具體值，由于實際結構的焊接材料、焊接工藝、結構尺寸等和規范中的試驗構件存在很大差異，使得這些S-N曲線在應用中與實際情況也有很大的不一致性，因而不能對結構做出準確的疲勞壽命評估。

近年來，隨著鋼橋跨度的增大以及焊接技術的成熟，新型結構形式在鋼橋應用中也越來越多。對于這些新型構造細節，往往需要通過足尺或縮尺模型的疲勞試驗來驗證其抗疲勞性能，耗費了大量的人力、物力和財力。因此有必要提出一種基于理論推導和有限元仿真分析的考慮焊接殘余應力的鋼橋構造細節S-N曲線確定方法，來評估鋼橋構造細節的疲勞性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種考慮焊接殘余應力的鋼橋構造細節S-N曲線的確定方法，它可明確鋼橋焊接細節的疲勞性能。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種考慮焊接殘余應力的鋼橋構造細節S-N曲線的確定方法，該方法包括以下步驟：

S1、獲得鋼橋構造細節的焊接殘余應力σ_res；

S2、獲得考慮焊接殘余應力的材料S-N曲線修正公式：

S201、選取材料的S-N曲線：lgN+mlgσ＝C (1)，式中，N為疲勞次數，σ為疲勞強度，m、C為與材料有關的常數；

S202、考慮步驟S1中焊接殘余應力σ_res對疲勞強度的影響：(2)，式中，為考慮焊接殘余應力的疲勞強度，為不考慮焊接殘余應力的疲勞強度，σ_u為材料極限抗拉強度；

S203、獲得考慮焊接殘余應力的材料S-N曲線修正公式：選取低周疲勞階段的(500，σ₅₀₀)作為S-N曲線的拐點，σ₅₀₀為材料S-N曲線中疲勞次數為500時對應的疲勞強度，通過公式(2)獲得考慮焊接殘余應力的1×10⁷次對應的疲勞強度為材

料S-N曲線中疲勞次數為1x10⁷時對應的疲勞強度，并將(1×10⁷，)作為S-N曲線的另一拐點，(500，σ₅₀₀)和(1×10⁷，)兩個拐點需滿足新的曲線，

lg500+m'lgσ₅₀₀＝C' (3)

由公式(3)和(4)推導出

得到考慮焊接殘余應力的材料S-N曲線修正公式：