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钢桥面板横隔板交叉细节围焊处应力强度因子分析

谢小芳

（广西交建工程建设集团有限公司，广西南宁530007)

摘要：为研究钢桥面板在标准疲劳车作用下裂纹扩展的可能性及其开裂特征，文章基于ANSYS有限元软件构建了包含初始制造

缺陷的数值模拟模型，分析了横隔板交叉细节围焊处应力强度因子变化规律。数值模拟结果表明：横隔板交叉细节疲劳开裂以I型裂

纹为主，等效应力强度因子幅值为85.0N·mm=3/2，超过材料扩展阈值，存在开裂风险；建议钢桥面板构造设计时应重视横隔板交叉

细节的尺寸优化分析，同时工厂焊接制造时，应合理控制焊接工艺，并加强初始制造缺陷检测。

关键词：钢桥面板；横隔板；疲劳裂纹；初始制造缺陷；应力强度因子

中图分类号：U441*.4文献标识码：ADOl：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.050

文章编号：1673-4874(2024)11-0170-02

0引言该位置裂纹最容易产生，疲劳应力复杂，此位置的疲劳开

裂通常成为横隔板交叉细节的主导疲劳失效模式；(2)出

据统计，正交异性钢桥面板（以下简称钢桥面板）众

现在围焊焊趾处横隔板上的疲劳裂纹；(3)出现在应力集

多焊缝细节中横隔板交叉细节疲劳开裂占比高达

中较为严重弧形开孔边缘处的疲劳裂纹。横隔板交叉细

38.2%,是疲劳研究中较为重要的焊缝细节[1-3]。疲劳

节三类典型疲劳裂纹如图1所示，本文主要是针对第1

性能研究中最直接有效的分析对象为疲劳裂纹。黄云

类疲劳裂纹进行分析。

等[4探讨了应力强度因子求解方法并对横隔板交叉细节

表面缺陷及其疲劳效应进行了研究；李丹等[5阐述了扩

展有限元理论并分析了某千米级斜拉桥钢桥面板纵肋顶板第1类裂纹第2类裂纹

一围焊

顶板焊缝细节典型裂纹的应力强度因子；张亚海等6基纵肋

于断裂力学方法对比了纵肋顶板双面焊缝与传统单面第3类裂纹

焊缝应力强度因子的差异；刘益铭等7建立了钢桥面板横隔板交叉细节

横隔板

疲劳裂纹扩展模拟方法并分析了横隔板交叉细节典型

疲劳裂纹不同扩展路径下的扩展速率，得到了疲劳寿命。

关于横隔板交叉细节疲劳裂纹的研究文献中，大多基于

图1横隔板交叉细节疲劳裂纹示意图

疲劳裂纹扩展规律、疲劳失效路径和疲劳寿命等方面而

开展，且分析所采用的荷载大多为固定位置，得到的应力2

应力强度因子与初始制造缺陷

强度因子也为固定荷载位置下的数值，不能够准确描述

移动轮载下的疲劳开裂特征。因此，本文考虑移动轮载2.1应力强度因子

作用，分析了横隔板交叉细节围焊处应力强度因子变化应力强度因子的求解是断裂力学分析的重要内容。

规律，有助于提高设计人员对疲劳开裂的认识。参考相互作用积分原理，相互作用积分I（s)由三种基本

1横隔板交叉细节开裂模式应力强度因子组成：

2

I(s)=7