摘要
正交异性钢桥面板是现代大跨度桥梁的常用桥面板结构，其复杂的构件连接焊缝导致了难以避免的残余应力和应力集中问题。随着车辆荷载的往复循环，顶板与U肋之间的连接焊缝极易发生疲劳开裂，这一问题普遍存在且危害严重。双面焊是一种新型的顶板-U肋焊缝连接形式，能够有效控制焊根的初始缺陷，但内外双热源不可避免地带来了焊接残余应力较大的不利影响，有必要通过焊后热处理技术消除残余应力，在双面焊的基础上进一步提高钢桥面板的疲劳性能,延长钢桥的服役寿命。 本文针对钢桥面板顶板-U肋双面焊接构造的焊后热处理，通过数值模拟、试验分析等手段，对热处理后双面焊构造的残余应力、金相组织和疲劳性能展开了深入研究，明确了热处理释放残余应力的机理及其合理的工艺参数，为焊后热处理技术在钢桥领域的推广应用提供了参考。本文的主要研究内容及结论如下: (1)开展了残余应力盲孔法试验，并基于试验结果模拟了焊接和热处理过程，分析了热处理前后双面焊构造的残余应力变化规律。本试验和有限元研究结果表明:焊后热处理使得内、外焊缝两侧的焊接残余应力均得到了较大幅度的下降，且纵向残余应力的下降幅度大于横向残余应力。 (2)基于顶板-U肋双面焊热处理有限元模型，探究了热处理过程中残余应力的释放机理。本有限元研究结果表明:焊后热处理消除残余应力的机理主要包括钢材的材料软化和高温蠕变两个因素，其中高温蠕变起主导作用，且蠕变应变的发展和残余应力的释放均主要发生在升温阶段。 (3)基于顶板-U肋双面焊热处理有限元模型，分析了保温时间、保温温度、升温速度、降温速度等工艺参数对热处理效果的影响。本有限元研究结果表明:延长保温时间和提高保温温度有利于焊接残余应力的消除，而改变升温速度和降温速度对残余应力的最终大小几乎没有影响。 (4)开展了金相试验和疲劳试验，探究了焊后热处理对双面焊构造金相组织和疲劳性能的影响。本试验研究结果表明:焊后热处理使热影响区的金相组织产生了明显的晶粒细化，且铁素体占比增大，珠光体占比减小，提高了热影响区钢材的塑性和韧性。热处理后试件的疲劳寿命也得到了一定程度的提升，其原理主要是通过消除残余应力、改善焊缝质量的方式来延缓疲劳裂纹的萌生。
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