【正交异性桥面板焊接变形预测】正交异性桥面板

摘 要：本文应用低合金钢固有应变规律的研究成果，采用大型通用有限元分析软件ANSYS对大型正交异性桥面板的焊接变形进行数值模拟，并对焊接残余变形结果进行分析，为制定焊接方案提供可靠依据。关键词：正交异性桥面板；低合金钢；固有应变中图分类号： TV547.6 文献标识码：A正交异性桥面板广泛用于大型桥梁焊接结构中。该构件由面板和肋板组成，所用钢材均为Q345。面板厚20 mm，肋板厚8 mm，构件总长度10 m。面板与肋板的焊接采用CO2气体保护焊。由于实际结构中桥面板的尺寸很大，因此通常在厂房内分段焊接完成后再到现场拼接。如果分段结构的焊接变形过大，就会给现场拼接带来很大的困难，一旦焊接方案不当，会造成巨大经济损失。采用低合金钢固有应变分布规律，应用固有应变有限元法对其进行焊接变形预测，从而为制定合理的焊接方案提供可靠依据。1 低合金钢固有应变定量关系式理论计算和实际工程表明，影响固有应变的主要因素是焊接线能量和板厚。单位长度上固有应变总和和与线能量存在如下关系（1）（2）在实际工程中，焊接线能量是已知的，只要知道焊缝纵向和横向固有应变系数、，即可由式（1）、（2）求得单位长度上固有应变总和和。从而可由固有应变有限元法计算结构的焊接变形。固应变系数、与的关系曲线如图1及图2所示。通过MATLAB软件回归拟合可以得到数学表达式（3） 、（4）。2 正交异性桥面板焊接变形预测图3为正交异性桥面板的有限元模型，自由状态下正交异性桥面板的纵向焊接变形图（放大50倍）如图4所示，可见构件的主要变形为整体挠度和端部角变形。为控制焊接变形，需在桥面板两端施加约束，图5所示为两端施加约束后焊接变形的预测结果。图6所示为桥面板实际焊接时采用的焊接变形控制方法，两端的固定装置对桥面板所施加的约束与图5所示模型计算时所施加的约束是相同的。由此可见，采用固有应变有限元法预测低合金钢构件的焊接变形，并指导实际工程焊接变形的控制是可行的。结语本文应用低合金钢固有应变规律的研究成果，采用大型通用有限元分析软件ANSYS对大型正交异性桥面板的焊接变形进行数值模拟，得到如下结论：固有应变有限元法是预测大型复杂焊接结构变形的有效方法。采用固有应变有限元法预测低合金钢构件的焊接变形，并指导实际工程焊接变形的控制是可行的。参考文献[1]kawa. Prediction of welding distortion and residual stress in a thin plate butt-welded joint. Computational Materials Science， 2008： 353-365.[2] Xu lin， YAN Ren-jun. Inherent shear strain method for forecasting fillet weld’s angular distortion. Journal of Ship Mechanics. 2007： 895-903 .[3] 魏良武. 固有应变法预测焊接变形的研究及其工程应用. [D]. 2004： 19-20.[4] 贾丽伟，周洪彬.钢结构中板件焊接残余应力数值模拟的研究. [D]. 2005： 25-27.

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