[发明专利]一种降低正交异性钢桥面焊接残余应力的方法

说明书

本发明公开了一种降低正交异性钢桥面焊接残余应力的方法，具体如下：收集钢桥面焊接过程中的焊接参数和焊接参数值且对正交异性钢桥面的实际焊接过程建立有限元模型并仿真得到焊接完成后钢桥面的焊接残余应力场，进一步对退火处理过程进行有限元模拟得到理论残余应力场；测量钢桥面典型焊缝及其附近区域表层残余应力场得到实际残余应力场；根据实际与理论残余应力场，修正所建立的有限元模型，使得理论残余应力场能够反映实际残余应力场并得到正交异性钢桥面焊接残余应力最小的退火优化参数且输入退火执行终端且摆放上需要退火处理的钢桥面后退火处理；该处理方法能够一次性降低正交异性钢桥面的焊接残余应力，从而增加疲劳强度，延长使用寿命。

技术领域

本发明涉及桥梁制造技术领域，具体涉及一种降低正交异性钢桥面焊接残余应力的方法。

背景技术

正交异性钢桥面由顶板、纵肋以及横肋通过焊接形成纵横向刚度具有明显差异的现代化钢桥面结构。焊接是正交异性钢桥面制造不可或缺的加工工艺，但是金属材料在焊接过程中受到不均匀加热与冷却，最终在其内部形成了大小不等，分布不均的焊接残余应力，其中在焊缝及其附近区域形成了残余拉应力，周围金属形成了残余压应力。

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、焊缝数量庞大，在焊接过程中不可避免会引入大量的焊接残余应力，导致桥梁实际运营过程中桥面板焊接接头的疲劳开裂现象较为严重。

近年来，我国研究厚边U肋桥面、U肋双面焊桥面以及增设超高性能混凝土结构层桥面取得一定成效，但均存在极限：没能降低正交异性钢桥面的损伤缺陷源头即焊接残余应力。现有的理论和试验研究表明：焊接残余应力是正交异性钢桥面连接焊缝疲劳开裂的重要因素。因此如何降低正交异性钢桥面焊接残余应力已成为制约钢桥面正常服役亟待解决的难题之一。

目前有多种降低正交异性钢桥面的焊接残余应力的处理方法，例如锤击法、喷丸法以及超声冲击法，对于制造工艺简单、外观规则、尺寸不大的焊接结构而言，采用上述方法只能降低各板件表面焊接残余应力，但对于焊接细节复杂、焊缝数量庞大的正交异性钢桥面来说，无法采用上述方法快速降低正交异性钢桥面各板件内部的焊接残余应力。

发明内容

为了降低正交异性钢桥面的焊接残余应力，提高其疲劳强度，从而延长正交异性钢桥面的使用寿命，本发明提供了一种降低正交异性钢桥面焊接残余应力的方法。

本发明所采用的技术方案为：一种降低正交异性钢桥面焊接残余应力的方法，包括以下步骤：

S1：收集正交异性钢桥面焊接过程中的焊接参数和焊接参数值；

S2：基于步骤S1中收集的焊接参数和焊接参数值对钢桥面的实际焊接过程建立有限元模型并进行有限元仿真，得到焊接完成后钢桥面的焊接残余应力场；

S3：根据步骤S2得到的焊接残余应力场对正交异性钢桥面进行退火处理的有限元模拟，得到理论残余应力场；

S4：测量钢桥面典型焊缝及其附近区域表层残余应力场，得到实际残余应力场；

S5：根据步骤S4得到的实际残余应力场与步骤S3中得到的理论残余应力场，修正步骤S2中所建立的有限元模型，使得理论残余应力场能够反映实际残余应力场，并使用修正过的有限元模型对退火处理参数进行优化，最终得到正交异性钢桥面焊接残余应力最小的退火优化参数；

S6：将步骤S5中的退火优化参数输入退火执行终端且摆放上需要退火处理的正交异性钢桥面；

S7：进行退火处理。

需要说明的是：步骤S4中所述典型焊缝是指：顶板与纵肋之间的连接焊缝，横肋与纵肋之间的连接焊缝、横肋与顶板之间的连接焊缝。

进一步限定，步骤S4中实际残余应力场通过X射线、盲孔法或超声法测量得到。