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钢箱梁桥焊接残余应力检测方法

分类:残余应力检测    关键词:残余应力检测

随着社会的进步和经济的发展,桥梁建设得到了飞速的发展,尤其是大跨径钢箱梁。现在钢箱梁的制造过程均已采用焊接工艺,现场连接也由高强度螺栓转向栓焊或全焊连接。钢箱梁加劲板在焊接和冷却过程中会产生焊接残余应力和残余变形,而焊接应力较高的部位将达到钢材的屈服强度而发生塑性变形。

因此,对于整体阶段焊接残余应力的研究尤为重要。本文主要是以某桥梁为例,采用盲孔法对钢箱梁进行残余应力检测,得出钢箱梁焊接残余应力的分布规律及特点,为后续施工及设计提供技术参考。

桥梁结构介绍

桥梁主桥采用57.5m+85m+57.5m三跨跨越海河,桥跨总长200m,主跨85m。

主桥由横向7个钢箱梁组成,横向对称布置,每个钢箱梁宽度3.452m,钢箱梁之间间距1.644m。钢箱梁顶面与道路纵断线形一致,底面为曲线线形。两个钢箱梁之间采用上下两个横梁进行连接。钢箱梁内部设大横隔板和小横隔板,其标准间距为2.5m。钢箱梁之间横梁布置位置对应大、小横隔板。

钢箱梁顶板设置U肋,底板设置T肋,腹板设置竖向、横向加劲肋。

主桥钢结构全部采用焊接,其中板厚变化的位置需进行板厚过渡处理,过渡段应满足不小于1:8,不大于1:6,并且板厚过渡区域在薄板范围内。

钢箱梁.png 

钢箱梁示意图

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测试仪器为聚航科技生产的JHMK残余应力测试系统,由JHZK残余应力钻孔装置和JHYC静态应变仪组合而成。在软件进行设置后,会自动实时计算残余应力值,显示残余应力释放曲线,生成残余应力报告。

残余应力检测贴片位置选择

根据桥梁拼装和焊接的步骤可知,该桥在顶板上有纵向和横向两种焊缝。因此,焊接残余应变测点位置选择其中同一箱梁的相交横焊缝上。测点布置具体如下:横桥向布置在4#-5#跨箱梁二第一道横向焊缝位置处;横桥向由于主梁为梁横向布置七片箱梁和六片箱间横隔板构成,为对称结构,因此选择箱梁二三间箱梁二与箱间横隔板的焊缝。每个箱梁的残余应力测点布置为:横向焊缝残余应力测点布置为距离焊缝边缘0.02m,间距0.4m的测点10个,在横向焊缝中间沿垂线方向布置间距为0.01m的测点2个,横向焊缝残余应力测点共12个点;纵向焊缝残余应力测点布置距离焊缝边缘0.02m,间距0.6m的测点4个,在第三个测点位置处,沿纵向焊缝垂直方向布置间距为0.01m的测点2个,纵向焊缝残余应力测点共6个点,总测点共16个。

焊接残余应力检测结果

通过现场对桥梁进行焊接残余应力测试,可以得到测试部位残余应力数值,以及箱梁二焊缝残余应力分布图。“+”表示拉应力,“-”表示压应力,σmax为测点处主拉应力,σmin为测点处主压应力,θ为主拉应力σmax与焊缝方向的夹角。

由测得的数据和残余应力分布曲线图可知,箱梁二顶板横向焊缝测区的残余应力峰值为199.97MPa,为材料屈服强度的57.96%;箱梁二顶板纵向焊缝测区的残余应力峰值为-157.94MPa,为材料屈服强度的45.78%。从整体来看,箱梁二梁端段顶板焊缝测区残余应力整体水平在材料屈服强度的25%左右,焊缝附近的残余应力大小沿切线方向和垂线方向分布均为非线性。

总结

采用盲孔法对钢箱梁顶板上焊缝处残余应力进行了测试,分析测试结果后得到了各测点主应力。

1. 焊缝附近的应力分布不均匀,沿焊缝方向既有拉应力又有压应力,且拉压应力交替出现。

2. 桥梁跨中箱梁顶板与横向1/3处箱梁顶板焊接残余应力分布类似,跨中焊接残余应力整体水平要高于1/3处。

3. 桥梁箱梁顶板横向焊缝处残余应力分布呈中间大,两端小的趋势。

4. 焊缝附近钢板的残余应力与距焊缝距离无线形关系。


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