【摘 要】
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正交异性钢桥面板纵肋与顶板焊接细节在轮载的循环反复作用下疲劳开裂问题突出,需要对疲劳开裂区域展开加固修复。准确评估加固后纵肋与顶板焊接细节的疲劳性能至关重要,然而以应力为指标或以裂纹尖端应力强度因子为指标的评价方法没有系统考虑焊接细节含有的多疲劳开裂模式。本文在初步研究各加固方案止裂性能的基础上,进行了纵肋与顶板焊接细节加固前的疲劳劣化特性研究以及加固后的性能强化研究,确定了加固后焊接细节的主导疲
【基金项目】
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国家自然科学基金（51878561,51978579,51778533,51578455）； 广东省重点领域研发计划项目（2019B111106002）； 桥梁结构健康与安全国家重点试验室开放课题重点基金项目（BHSKL18-01-KF）； 四川省科技计划项目（2021YJ0037）；
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正交异性钢桥面板纵肋与顶板焊接细节在轮载的循环反复作用下疲劳开裂问题突出,需要对疲劳开裂区域展开加固修复。准确评估加固后纵肋与顶板焊接细节的疲劳性能至关重要,然而以应力为指标或以裂纹尖端应力强度因子为指标的评价方法没有系统考虑焊接细节含有的多疲劳开裂模式。本文在初步研究各加固方案止裂性能的基础上,进行了纵肋与顶板焊接细节加固前的疲劳劣化特性研究以及加固后的性能强化研究,确定了加固后焊接细节的主导疲劳失效模式和剩余疲劳寿命,对各加固方法的强化性能进行了评价。主要研究内容和结论如下:（1）建立了以加固后纵肋与顶板焊接细节剩余疲劳寿命为判据的加固评估框架,该框架综合考虑了焊接细节已发生疲劳开裂的模式以及加固后可能发生疲劳开裂的典型模式。基于线弹性断裂力学和主S-N曲线方程推导了含裂纹焊接细节中未开裂模式疲劳累积损伤与裂纹几何形状的关系公式,给出了加固后纵肋与顶板焊接细节主导疲劳失效模式的确定方法以及剩余疲劳寿命的计算流程,为疲劳加固研究提供了新思路;（2）应用有限元软件ANSYS对纵肋与顶板焊接细节三类疲劳开裂模式的裂纹扩展过程进行了三维数值模拟。从初始裂纹扩展至临界裂纹尺寸,裂纹长细比随裂纹扩展深度的增加而增大。裂纹关注点的应力强度因子幅值随裂纹扩展深度的变化规律表明三类疲劳开裂模式下裂纹均为I型开裂主导的复合型裂纹;（3）基于线弹性断裂力学研究了各加固方法对纵肋与顶板焊接细节疲劳裂纹的止裂效果。针对扩展深度达板厚一半的焊根裂纹,引入内焊或UHPC铺装层均能取得理想的止裂效果;针对扩展深度达板厚一半的焊趾裂纹,采用装配式角钢、U型钢、工字钢加固止裂效果欠佳,引入UHPC铺装层止裂效果较好;针对焊根起裂沿焊喉方向扩展的贯穿裂纹,由于其特殊的受力模式,引入内焊、装配式加固、UHPC铺装层均难以取得理想的止裂效果。基于等效结构应力法计算了引入各加固方案后未开裂模式的应力响应,证明了各加固方案的引入可能改变原结构体系的力学行为特性,对未开裂模式产生不利影响;（4）围绕建立的加固评价体系,分别以焊根开裂模式和焊趾开裂模式下疲劳裂纹的处治为例计算了焊接细节加固前后典型开裂模式的疲劳累积损伤,计算了加固后的主导疲劳失效模式与剩余疲劳寿命,对各加固方案的加固强化效果进行了对比评价。
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