钢桥面板纵肋顶板焊缝疲劳裂纹扩展的关键影响因素

来源：中国血液净化杂志2019年第9期北京时间：

作者：卜一之, 金正凯, 黄云, 张清华, 徐恭义

单位：1. 西南交通大学 土木工程学院, 四川 成都 610031;2. 中铁工程设计咨询集团有限公司, 北京 100055;3. 中铁大桥勘测设计院集团有限公司, 湖北 武汉 430050

摘要：正交异性钢桥面板疲劳问题突出，纵肋与顶板焊缝处是其关键疲劳易损部位，研究该部位疲劳裂纹的扩展过程并确定关键影响因素及其效应，有助于深刻理解其疲劳损伤机理。建立正交异性钢桥面板疲劳试验节段模型的有限元分析模型，将纵肋与顶板焊缝焊根处的疲劳裂纹近似为半椭圆形裂纹，基于断裂力学实现其扩展全过程的三维数值模拟。在此基础上研究初始裂纹的纵向位置和初始裂纹形状对疲劳裂纹扩展过程的影响，阐明扩展过程中的疲劳裂纹的形状变化，以及疲劳裂纹关键部位应力强度因子幅值的变化规律。研究表明：对于典型的正交异性钢桥面板纵肋与顶板焊缝，在纵向一段范围内，初始裂纹的纵向位置对裂纹扩展的影响不大；初始裂纹形状对裂纹扩展的影响主要体现在裂纹扩展的初始阶段，经过一段时间的扩展之后，不同形状的初始裂纹将演变为相对稳定的形状；持续一段时间后，裂纹将逐渐变得较为扁长；疲劳裂纹在深度方向上扩展超过约顶板厚度一半时，最深点的扩展速率将会减慢；深度相同的裂纹，形状越扁长时越倾向于向深度方向扩展，越不扁长时越倾向于向长度方向扩展。

关键词：桥梁工程,正交异性钢桥面板,断裂力学,纵肋与顶板焊缝,疲劳裂纹扩展,影响因素

基金资助：国家自然科学基金项目（51978579，51778533，51578455，51378431，51178394）；\"十二五\"国家科技支撑计划项目（2011BAG07B03）；湖北省交通运输厅科技项目（2017-538-2-4）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（2682014CX078）