正交异性钢桥面顶板与纵肋连接焊缝疲劳性能评价方法技术

本发明专利技术公开了正交异性钢桥面顶板与纵肋连接焊缝疲劳性能评价方法，包括以下步骤：S1、对待测试件进行静力加载，测试并记录静载应力响应ε0(D1)和ε0(D2)；S2、对待测试件进行疲劳加载，测试记录ε1和ε2，并记录待测试件的疲劳破坏寿命Ni；S3、根据静载应力响应ε0(D1)和ε0(D2)计算该焊缝的名义应力幅Δσns，并计算该焊缝的热点应力幅Δσhs；S4、将Δσns与Δσhs分别换算为M次寿命下的等效名义应力幅Δσ'ns与等效热点应力幅Δσ'hs；S5、将各待测试件的Δσ'ns与Δσ'hs分别求平均值，得到

Fatigue Performance Evaluation Method of Weld Joint between Roof and Longitudinal Rib of Orthotropic Steel Bridge Deck

【技术实现步骤摘要】
正交异性钢桥面顶板与纵肋连接焊缝疲劳性能评价方法
本专利技术属于正交异性钢桥面领域，具体涉及正交异性钢桥面顶板与纵肋连接焊缝疲劳性能评价方法。
技术介绍
正交异性钢桥面是大跨径钢结构桥梁主要的桥面形式，但由于其纵肋与横隔板数量较多且焊接细节复杂，局部应力集中显著，在运营过程中直接承受车辆荷载反复作用，疲劳开裂现象严重。在上述疲劳裂缝中，可划分为顶板与纵肋连接焊缝处的疲劳开裂，纵肋与横隔板连接焊缝处的疲劳开裂，横隔板苹果口处的横向裂纹，其中顶板与纵肋连接焊缝的疲劳裂纹源会出现在焊趾、焊根或焊喉。顶板与纵肋连接焊缝在所有焊缝数量中占有相当一部分比例，一旦该处裂纹贯穿顶板，将会造成桥面铺装开裂，危及行车安全，雨水渗漏，加剧桥面板腐蚀，缩短桥梁结构寿命。因此，顶板与纵肋连接焊缝的疲劳性能是正交异性钢桥面设计的重要内容。正交异性钢桥面构造复杂，U肋主要承受面外弯矩，由于实际运营过程中不同车道内车辆轮位在横向按照概率进行分布，因而不同横向轮位将会导致顶板与纵肋焊缝疲劳裂纹源按照概率出现于焊趾、焊根或焊喉部位。目前顶板与纵肋连接焊缝处的疲劳试验方法并未对焊趾、焊根或焊喉的疲劳强度加以区分，试验结果虽然能对实际工程起到一定的参考作用，但缺乏相对统一的疲劳试验方法。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术目的在于提供一种正交异性钢桥面顶板与纵肋连接焊缝疲劳性能评价方法。本专利技术所采用的技术方案为：正交异性钢桥面顶板与纵肋连接焊缝疲劳性能评价方法，包括以下步骤：S1、对待测试件进行静力加载，测试并记录距离焊缝焊趾部D1处的静载应力响应ε0(D1)和距离焊缝焊趾部D2处的静载应力响应ε0(D2)；S2、对待测试件进行疲劳加载，测试记录距离焊缝焊趾部D1处的动态应力响应ε1，测试记录焊缝焊根部的动态应力响应ε2，以监测裂纹扩展情况，并记录待测试件的疲劳破坏寿命Ni，其中Ni是指测得的第i个待测试件的疲劳破坏寿命；S3、根据静载应力响应ε0(D1)和ε0(D2)计算该焊缝的名义应力幅Δσns，并计算该焊缝的热点应力幅Δσhs；S4、根据线性疲劳损伤理论，将实测名义应力幅Δσns与实测热点应力幅Δσhs分别换算为M次寿命下的等效名义应力幅Δσ'ns与等效热点应力幅Δσ'hs；S5、将各待测试件换算所得的等效名义应力幅Δσ'ns与等效热点应力幅Δσ'hs分别求平均值，得到各待测试件平均等效名义应力幅与平均等效热点应力幅将其与规范中规定的正交异性钢桥面顶板与纵肋疲劳细节的疲劳强度等级进行对比分析。作为一种优选的技术方案，所述D1和D2分别为0.5t和1.5t，则D1处的静载应力响应ε0(D1)为ε0(0.5t)，D2处的静载应力响应ε0(D2)为ε0(1.5t)，其中，t为顶板的厚度。进一步地，步骤S3中名义应力幅Δσns的计算方式为：Δσns＝σmax-σmin，其中：σmax＝E×ε0(1.5t)max，σmin＝E×ε0(1.5t)min，E为待测试件的弹性模量。进一步地，步骤S3中热点应力幅Δσhs的计算方式为：Δσhs＝1.5Δσ0.5t-0.5Δσ1.5t；其中：Δσ0.5t＝E×Δε0(0.5t)＝E×(ε0(0.5t)max-ε0(0.5t)min)；Δσ1.5t＝E×Δε0(1.5t)＝E×(ε0(1.5t)max-ε0(1.5t)min)；E为待测试件的弹性模量。进一步地，步骤S4中Δσns至Δσ'ns的换算过程如下：将实测名义应力幅Δσns与对应的实测疲劳破坏寿命Ni、等效名义应力幅Δσ'ns与M分别带入下式中：logΔσi＝A+BlogNi，其中，B为-1/3，得到：logΔσns＝A+BlogNi(1)；logΔσ'ns＝A+BlogM(2)；由式(1)和式(2)相减得：进一步地，步骤S4中Δσhs至Δσ'hs的换算过程如下：将实测热点应力幅Δσhs与对应的实测疲劳破坏寿命Ni、等效热点应力幅Δσ'hs与M分别带入下式中：logΔσi＝A+BlogNi，其中，B为-1/3，得到：logΔσhs＝A+BlogNi(3)；logΔσ'hs＝A+BlogM(4)；由式(3)和式(4)相减得：进一步地，步骤S1中通过在距离焊缝焊趾部D1处安装静载应变片以测试ε0(D1)，通过在距离焊缝焊趾部D2处安装静载应变片以测试ε0(D2)，D1处静载应变片与D2处静载应变片一一对应。进一步地，步骤S2中通过在距离焊缝焊趾部D1处安装动载应变片以测试ε1，且D1处动载应变片与D1处静载应变片间隔均匀分布。本专利技术的有益效果为：通过本专利技术所提供的技术方案，可以明确正交异性钢桥面顶板与纵肋连接焊缝的疲劳强度的测试方法，更准确的对该焊缝的疲劳强度进行评价。附图说明图1为待测试件的结构示意图；图2为图1的主视图；图3为图1的俯视图；图4为待测试件焊趾处应变片的分布示意图；图5为待测试件焊根处应变片的分布示意图；图6为待测试件上应变片分布的剖面示意图；图7为试验台的结构示意图；图8为图7的主视图；图9为图7的左视图；图10为待测试件与试验台的装配示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“前”、“后”、“左”、“右”、“底”、“侧面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。在本专利技术实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步阐述。实施例：本实施例中用到的试验器材包括试验台5、水平居中设于试验台上的待测试件4、对待测试件循环加载的加载装置、监测待测试件荷载响应的应变片以及应变片的数据采集装置。如图7、图8和图9所示，试验台包括钢底板6、设于钢底板上的钢腹板9以及设于钢腹板上的钢顶板11，如图1和图2所示，待测试件4包括通过焊缝连接的顶板41与纵肋42，纵肋为U型，测试时，如图10所示，顶板可拆卸地固定于钢顶板上，加载装置放置于顶板上并与所述焊缝对应。其中，试验台还包括盖板3、设置于钢底板上的底板加劲肋8和设置于钢腹板上的腹板加劲肋7，盖板上设有螺栓10，所述顶板和钢顶板上均设有与螺栓对应的开孔，测试时，顶板通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.正交异性钢桥面顶板与纵肋连接焊缝疲劳性能评价方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、对待测试件进行静力加载，测试并记录距离焊缝焊趾部D1处的静载应力响应ε0(D1)和距离焊缝焊趾部D2处的静载应力响应ε0(D2)；S2、对待测试件进行疲劳加载，测试记录距离焊缝焊趾部D1处的动态应力响应ε1，测试记录焊缝焊根部的动态应力响应ε2，以监测裂纹扩展情况，并记录待测试件的疲劳破坏寿命Ni，其中Ni是指测得的第i个待测试件的疲劳破坏寿命；S3、根据静载应力响应ε0(D1)和ε0(D2)计算该焊缝的名义应力幅Δσns，并计算该焊缝的热点应力幅Δσhs；S4、根据线性疲劳损伤理论，将实测名义应力幅Δσns与实测热点应力幅Δσhs分别换算为M次寿命下的等效名义应力幅Δσ'ns与等效热点应力幅Δσ'hs；S5、将各待测试件换算所得的等效名义应力幅Δσ'ns与等效热点应力幅Δσ'hs分别求平均值，得到各待测试件平均等效名义应力幅

【技术特征摘要】
1.正交异性钢桥面顶板与纵肋连接焊缝疲劳性能评价方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、对待测试件进行静力加载，测试并记录距离焊缝焊趾部D1处的静载应力响应ε0(D1)和距离焊缝焊趾部D2处的静载应力响应ε0(D2)；S2、对待测试件进行疲劳加载，测试记录距离焊缝焊趾部D1处的动态应力响应ε1，测试记录焊缝焊根部的动态应力响应ε2，以监测裂纹扩展情况，并记录待测试件的疲劳破坏寿命Ni，其中Ni是指测得的第i个待测试件的疲劳破坏寿命；S3、根据静载应力响应ε0(D1)和ε0(D2)计算该焊缝的名义应力幅Δσns，并计算该焊缝的热点应力幅Δσhs；S4、根据线性疲劳损伤理论，将实测名义应力幅Δσns与实测热点应力幅Δσhs分别换算为M次寿命下的等效名义应力幅Δσ'ns与等效热点应力幅Δσ'hs；S5、将各待测试件换算所得的等效名义应力幅Δσ'ns与等效热点应力幅Δσ'hs分别求平均值，得到各待测试件平均等效名义应力幅与平均等效热点应力幅将其与规范中规定的正交异性钢桥面顶板与纵肋疲劳细节的疲劳强度等级进行对比分析。2.根据权利要求1所述的正交异性钢桥面顶板与纵肋连接焊缝疲劳性能评价方法，其特征在于：所述D1和D2分别为0.5t和1.5t，则D1处的静载应力响应ε0(D1)为ε0(0.5t)，D2处的静载应力响应ε0(D2)为ε0(1.5t)，其中，t为顶板的厚度。3.根据权利要求2所述的正交异性钢桥面顶板与纵肋连接焊缝疲劳性能评价方法，其特征在于，步骤S3中名义应力幅Δσns的计算方式为：Δσns＝σmax-σmin，其中：σmax＝E×ε0(1.5t)max，σmin＝E×ε0(1.5t)min，E为待测试件的弹性模量。4.根据权利要求2所述的正交异性钢桥面顶板与纵肋连接焊缝疲劳性能评价方法，其特征在于，步骤S3中热点应力...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑凯锋，冯霄暘，衡俊霖，王亚伟，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51