隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，橋梁建設(shè)得到了飛速的發(fā)展，尤其是大跨徑鋼箱梁?，F(xiàn)在鋼箱梁的制造過(guò)程均已采用焊接工藝，現(xiàn)場(chǎng)連接也由高強(qiáng)度螺栓轉(zhuǎn)向栓焊或全焊連接。鋼箱梁加勁板在焊接和冷卻過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，而焊接應(yīng)力較高的部位將達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度而發(fā)生塑性變形。
因此，對(duì)于整體階段焊接殘余應(yīng)力的研究尤為重要。本文主要是以某橋梁為例，采用盲孔法對(duì)鋼箱梁進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測(cè)，得出鋼箱梁焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律及特點(diǎn)，為后續(xù)施工及設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。
橋梁結(jié)構(gòu)介紹
橋梁主橋采用57.5m+85m+57.5m三跨跨越海河，橋跨總長(zhǎng)200m，主跨85m。
主橋由橫向7個(gè)鋼箱梁組成，橫向?qū)ΨQ布置，每個(gè)鋼箱梁寬度3.452m，鋼箱梁之間間距1.644m。鋼箱梁頂面與道路縱斷線形一致，底面為曲線線形。兩個(gè)鋼箱梁之間采用上下兩個(gè)橫梁進(jìn)行連接。鋼箱梁內(nèi)部設(shè)大橫隔板和小橫隔板，其標(biāo)準(zhǔn)間距為2.5m。鋼箱梁之間橫梁布置位置對(duì)應(yīng)大、小橫隔板。
鋼箱梁頂板設(shè)置U肋，底板設(shè)置T肋，腹板設(shè)置豎向、橫向加勁肋。
主橋鋼結(jié)構(gòu)全部采用焊接，其中板厚變化的位置需進(jìn)行板厚過(guò)渡處理，過(guò)渡段應(yīng)滿足不小于1:8，不大于1:6，并且板厚過(guò)渡區(qū)域在薄板范圍內(nèi)。
鋼箱梁示意圖
殘余應(yīng)力檢測(cè)儀器
測(cè)試儀器為聚航科技生產(chǎn)的JHMK殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)，由JHZK殘余應(yīng)力鉆孔裝置和JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀組合而成。在軟件進(jìn)行設(shè)置后，會(huì)自動(dòng)實(shí)時(shí)計(jì)算殘余應(yīng)力值，顯示殘余應(yīng)力釋放曲線，生成殘余應(yīng)力報(bào)告。
殘余應(yīng)力檢測(cè)貼片位置選擇
根據(jù)橋梁拼裝和焊接的步驟可知，該橋在頂板上有縱向和橫向兩種焊縫。因此，焊接殘余應(yīng)變測(cè)點(diǎn)位置選擇其中同一箱梁的相交橫焊縫上。測(cè)點(diǎn)布置具體如下：橫橋向布置在4#-5#跨箱梁二第一道橫向焊縫位置處；橫橋向由于主梁為梁橫向布置七片箱梁和六片箱間橫隔板構(gòu)成，為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此選擇箱梁二三間箱梁二與箱間橫隔板的焊縫。每個(gè)箱梁的殘余應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置為：橫向焊縫殘余應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置為距離焊縫邊緣0.02m，間距0.4m的測(cè)點(diǎn)10個(gè)，在橫向焊縫中間沿垂線方向布置間距為0.01m的測(cè)點(diǎn)2個(gè)，橫向焊縫殘余應(yīng)力測(cè)點(diǎn)共12個(gè)點(diǎn)；縱向焊縫殘余應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置距離焊縫邊緣0.02m，間距0.6m的測(cè)點(diǎn)4個(gè)，在第三個(gè)測(cè)點(diǎn)位置處，沿縱向焊縫垂直方向布置間距為0.01m的測(cè)點(diǎn)2個(gè)，縱向焊縫殘余應(yīng)力測(cè)點(diǎn)共6個(gè)點(diǎn)，總測(cè)點(diǎn)共16個(gè)。
焊接殘余應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)橋梁進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力測(cè)試，可以得到測(cè)試部位殘余應(yīng)力數(shù)值，以及箱梁二焊縫殘余應(yīng)力分布圖。“+”表示拉應(yīng)力，“-”表示壓應(yīng)力，σmax為測(cè)點(diǎn)處主拉應(yīng)力，σmin為測(cè)點(diǎn)處主壓應(yīng)力，θ為主拉應(yīng)力σmax與焊縫方向的夾角。
由測(cè)得的數(shù)據(jù)和殘余應(yīng)力分布曲線圖可知，箱梁二頂板橫向焊縫測(cè)區(qū)的殘余應(yīng)力峰值為199.97MPa，為材料屈服強(qiáng)度的57.96%；箱梁二頂板縱向焊縫測(cè)區(qū)的殘余應(yīng)力峰值為-157.94MPa，為材料屈服強(qiáng)度的45.78%。從整體來(lái)看，箱梁二梁端段頂板焊縫測(cè)區(qū)殘余應(yīng)力整體水平在材料屈服強(qiáng)度的25%左右，焊縫附近的殘余應(yīng)力大小沿切線方向和垂線方向分布均為非線性。
總結(jié)
采用盲孔法對(duì)鋼箱梁頂板上焊縫處殘余應(yīng)力進(jìn)行了測(cè)試，分析測(cè)試結(jié)果后得到了各測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力。
1. 焊縫附近的應(yīng)力分布不均勻，沿焊縫方向既有拉應(yīng)力又有壓應(yīng)力，且拉壓應(yīng)力交替出現(xiàn)。
2. 橋梁跨中箱梁頂板與橫向1/3處箱梁頂板焊接殘余應(yīng)力分布類似，跨中焊接殘余應(yīng)力整體水平要高于1/3處。
3. 橋梁箱梁頂板橫向焊縫處殘余應(yīng)力分布呈中間大，兩端小的趨勢(shì)。
4. 焊縫附近鋼板的殘余應(yīng)力與距焊縫距離無(wú)線形關(guān)系。
