發(fā)布時(shí)間：2020-07-04 04:45

【摘要】：焊接鋼結(jié)構(gòu)以其承載能力強(qiáng)、自重較輕等優(yōu)勢(shì)在海洋工程結(jié)構(gòu)物中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，在制作和加工工程中往往會(huì)焊接缺陷的產(chǎn)生，并且有些焊接鋼結(jié)構(gòu)是在其幾何形狀不連續(xù)處進(jìn)行焊接的，這些都將導(dǎo)致焊縫部位產(chǎn)生應(yīng)力集中。在交變荷載作用下，應(yīng)力集中部位很容易產(chǎn)生疲勞裂紋，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞破壞。因此，研究焊接鋼結(jié)構(gòu)焊縫應(yīng)力集中問(wèn)題，對(duì)于計(jì)算熱點(diǎn)應(yīng)力，以及預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)疲勞壽命具有重要的意義。 國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)焊接鋼管環(huán)向?qū)雍缚p應(yīng)力集中系數(shù)進(jìn)行了大量的研究，但是這些研究大多是針對(duì)軸向力作用引起的焊縫應(yīng)力集中系數(shù)。海洋結(jié)構(gòu)物受力復(fù)雜，只考慮軸向力作用的情況，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際工程需要。因此，針對(duì)應(yīng)力集中系數(shù)問(wèn)題研究的不足，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以平板假設(shè)為理論基礎(chǔ)，分別推導(dǎo)了軸向力與平面內(nèi)彎矩共同作用下等壁厚鋼管環(huán)向?qū)雍缚p應(yīng)力集中系數(shù)近似計(jì)算方法，以及平面內(nèi)彎矩作用下、軸向拉力與平面內(nèi)彎矩共同作用下變壁厚鋼管環(huán)向?qū)雍缚p應(yīng)力集中系數(shù)近似計(jì)算方法。并采用有限元分析軟件ANSYS對(duì)不同的焊縫情況進(jìn)行模擬，建立不同外徑不同壁厚的一系列鋼管模型。通過(guò)施加軸向力、平面內(nèi)彎矩以及兩者相結(jié)合，得到不同荷載作用下的應(yīng)力集中系數(shù)的數(shù)值模擬結(jié)果，與近似計(jì)算結(jié)果相比較，驗(yàn)證近似計(jì)算方法的有效性。結(jié)果顯示:近似計(jì)算結(jié)果與模擬值具有相同的變化規(guī)律，并發(fā)現(xiàn)管壁厚、壁厚過(guò)渡是影響焊縫應(yīng)力集中系數(shù)的主要因素，而管外徑的變化對(duì)應(yīng)力集中系數(shù)的影響較小。本文近似計(jì)算方法可用來(lái)估算復(fù)雜荷載工況下鋼管構(gòu)件環(huán)向?qū)雍缚p處的應(yīng)力集中系數(shù)，為結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)提供參考。 最后以某高樁碼頭為例，使用本文推導(dǎo)的近似估算方法，得到各工況下典型排架下樁基焊縫應(yīng)力集中系數(shù)估算值，對(duì)各樁焊縫應(yīng)力集中效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TG404;P755.1
【圖文】：

以簡(jiǎn)單方便地提供合理的管節(jié)點(diǎn)熱點(diǎn)應(yīng)力值，但在設(shè)計(jì)中采用有限元中三維實(shí)體單元模擬所有的鋼管模型成本較高，不夠經(jīng)濟(jì)合理。而通過(guò)對(duì)一系列模擬結(jié)果進(jìn)行分析處理得到半經(jīng)驗(yàn)公式是較為實(shí)用的方法。因此在實(shí)驗(yàn)和理論研究中，目標(biāo)是要分析各種相關(guān)參數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)熱點(diǎn)應(yīng)力不同影響及影響的規(guī)律，最終得到通用的參數(shù)公式。目前對(duì)存在偏心錯(cuò)位和壁厚過(guò)渡的管對(duì)接焊縫應(yīng)力集中系數(shù)研究較多，以下列出幾種管對(duì)接焊縫應(yīng)力集中系數(shù)計(jì)算方法。在設(shè)計(jì)、制造和施工過(guò)程中產(chǎn)生的偏心錯(cuò)位使結(jié)構(gòu)在外部荷載的作用下焊縫處將產(chǎn)生額外的彎曲應(yīng)力，引起局部應(yīng)力增大，從而導(dǎo)致焊縫處產(chǎn)生應(yīng)力集中。如圖 3.2 所示為鋼管樁環(huán)向?qū)雍缚p處的偏心錯(cuò)位：

圖 3.3 等壁厚環(huán)向?qū)雍缚pcricumferential butt weld of the steel pipe in identica圖 3.4 平板假設(shè)中焊接錯(cuò)位處的拉力作用g. 3.4 Welded flat-plate with misaligment under the a下焊縫應(yīng)力集中系數(shù)公式[23]根據(jù)平板假設(shè)理論，提出了適用于無(wú)加勁板中系數(shù)計(jì)算公式：tSCF3 1

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本文編號(hào)：2740654