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钢箱梁桥由于体积较大,通常采用先工厂节段预制然后到现场节段拼装的施工方式,钢结构焊接为其中最关键的施工过程。在开展钢结构焊接数值仿真方法的建立和改进研究的基础上,本文针对钢箱梁顶底板T肋焊接以及横向分块节段间的纵缝焊接两大焊接施工工况,深入探讨了上述焊接施工的焊接顺序、焊接间距等对钢箱梁应力及变形场力学行为的影响规律,提出了钢箱梁焊接施工焊接顺序及分块宽度等工程指导性建议。主要的工作和成果如下:
(1)针对焊接过程精细化模拟中操作琐碎、修改困难等现象,提出基于Python二次开发的逐层焊接快速模拟分析方法:通过脚本开发实现生死单元逐层激活,并可实现力学分析时温度场分析步和增量步的快速导入与修改。
(2)开展钢板焊接试验的数值模拟,进行双椭球热源模型参数af、ar、b、c和热效率η对焊后熔池形状参数的影响分析,分析认为η对熔池形状参数的影响最显著,b对熔宽影响最大,c对熔深影响最大,前半轴长度参数af对熔长的影响要大于后半轴长度参数ar。
(3)基于热弹塑性法,建立单肋焊接顺序、多肋不同肋间距以及多肋焊接顺序的钢板T肋焊接数值仿真分析模型,开展钢板T肋焊接应力及变形场力学行为研究。提出单肋焊接时双侧同向同时焊接方案最优,双侧同向依次焊接方案次之,双侧异向依次焊接方案最不利;多肋焊接的变形和应力的临界影响间距分别为500mm和450mm;多肋焊接时同步焊接最优,其次为从内至外双条焊缝对称同步焊接,单条焊缝焊接以由内向外跳焊最佳,最差为顺序依次焊接。
(4)开展基于固有应变法的横向多节段钢箱梁焊接仿真分析,提出节段焊缝不同焊接顺序以及不同节段分块方案对钢箱梁纵缝焊接变形的影响。钢箱梁纵缝焊接时采用先下后上变形较小;节间焊接的钢箱梁变形形式为焊缝区下挠、中间节段上拱;在总宽不变时,中间节段宽度由0.29倍梁宽增至0.58倍梁宽时,竖向变形由8.779mm增大至36.448mm,增加了315.2%,中间节段宽度对上拱变形影响显著,节段分块时应予以重视。
(1)针对焊接过程精细化模拟中操作琐碎、修改困难等现象,提出基于Python二次开发的逐层焊接快速模拟分析方法:通过脚本开发实现生死单元逐层激活,并可实现力学分析时温度场分析步和增量步的快速导入与修改。
(2)开展钢板焊接试验的数值模拟,进行双椭球热源模型参数af、ar、b、c和热效率η对焊后熔池形状参数的影响分析,分析认为η对熔池形状参数的影响最显著,b对熔宽影响最大,c对熔深影响最大,前半轴长度参数af对熔长的影响要大于后半轴长度参数ar。
(3)基于热弹塑性法,建立单肋焊接顺序、多肋不同肋间距以及多肋焊接顺序的钢板T肋焊接数值仿真分析模型,开展钢板T肋焊接应力及变形场力学行为研究。提出单肋焊接时双侧同向同时焊接方案最优,双侧同向依次焊接方案次之,双侧异向依次焊接方案最不利;多肋焊接的变形和应力的临界影响间距分别为500mm和450mm;多肋焊接时同步焊接最优,其次为从内至外双条焊缝对称同步焊接,单条焊缝焊接以由内向外跳焊最佳,最差为顺序依次焊接。
(4)开展基于固有应变法的横向多节段钢箱梁焊接仿真分析,提出节段焊缝不同焊接顺序以及不同节段分块方案对钢箱梁纵缝焊接变形的影响。钢箱梁纵缝焊接时采用先下后上变形较小;节间焊接的钢箱梁变形形式为焊缝区下挠、中间节段上拱;在总宽不变时,中间节段宽度由0.29倍梁宽增至0.58倍梁宽时,竖向变形由8.779mm增大至36.448mm,增加了315.2%,中间节段宽度对上拱变形影响显著,节段分块时应予以重视。