CN116702269A - 考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法 - Google Patents

考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116702269A
CN116702269A CN202310515671.0A CN202310515671A CN116702269A CN 116702269 A CN116702269 A CN 116702269A CN 202310515671 A CN202310515671 A CN 202310515671A CN 116702269 A CN116702269 A CN 116702269A
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel box
box girder
section steel
welding
deformation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310515671.0A
Other languages
English (en)
Inventor
周翔
傅继阳
王荣辉
刘正祥
陈宜平
马牛静
卢雄强
谷利雄
甄晓霞
黄永辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Guangzhou University
Poly Changda Engineering Co Ltd
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Guangzhou University
Poly Changda Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT, Guangzhou University, Poly Changda Engineering Co Ltd filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN202310515671.0A priority Critical patent/CN116702269A/zh
Publication of CN116702269A publication Critical patent/CN116702269A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Bridges Or Land Bridges (AREA)

Abstract

本发明提供的考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法，包括步骤：求解顶部板材横向各点的模拟纵向残余变形；求解底板板材横向各点的模拟纵向残余变形；求解相邻小节段顶板焊接状态下顶板板材横向各点的模拟纵向残余变形；求解两个相邻小节段底板焊接状态下底板板材横向各点的模拟纵向残余变形；以一个小节段钢箱梁为最小计算单元，并将每一小节段钢箱梁的顶板与底板单独分开计算，叠加U型加劲肋焊接与小节段钢箱梁对接焊接引起的残余变形，最终得到单个小节段钢箱梁的总变形量即反变形值，根据反变形值对所述钢箱梁的顶板与底板进行反变形控制，解决了大节段钢箱梁制造由于焊接残余应力效应引起的残余变形对大节段钢箱梁线形影响。

Description

考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法
技术领域
本发明涉及钢箱梁制造技术领域，特别是涉及一种考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法。
背景技术
钢箱梁桥相较于混凝土梁桥有着自重轻、承载能力高、施工便捷、检修维护方便等诸多优点，因此被广泛用于各类公路、铁路建设中。大节段吊装法作为钢箱梁桥诸多施工方法中的一种，具有施工速度快、施工质量高等优点，常被用于跨江、跨海等特大型桥梁的建造。大节段吊装施工法是指钢箱梁小节段预制完成后直接在厂内组拼成整跨大节段，通过运输车辆或运输船运至桥址位置后，利用浮吊等大型吊具，直接将钢箱梁整体起吊至设计位置。大节段钢箱梁制造过程中需要历经多道焊接工序，包括U肋加劲板焊接、小节段钢箱梁环焊。由于焊接残余应力效应引起的残余变形叠加，将导致大节段钢箱梁制造线形发生改变。此外，一旦大节段钢箱梁吊装后完成梁段之间的环缝焊接，最终的成桥状态就已确定，之后将很难有效进行内力与线形的调整。因此对大节段钢箱梁制造中残余应力效应引起的残余变形进行反变形控制意义重大。
中国发明公开专利CN115455771A中公开了“大节段钢箱梁制造中温度效应引起的变形误差控制方法”，但该方案是考虑温度效应下的变形误差控制，且该方案需要对大节段钢箱梁制造过程中的每一步骤存在的变形误差分别进行控制，步骤较为繁琐，耗时较长。另外，该方案是在板件焊接后进行切割打磨修正。
发明内容
本发明要解决的技术问题是解决大节段钢箱梁制造由于焊接残余应力效应引起的残余变形对大节段钢箱梁线形影响，提出了一套钢箱梁制造反变形控制方法，有效地保证了大节段钢箱梁线形达到制造线形精度要求。
为实现本发明的目的，本发明提供的考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法，包括以下步骤：
对大节段钢箱梁一联中的小节段钢梁段进行编号；
采用有限元分析软件建立顶板表面焊接U型加劲肋模型，对焊接全过程进行模拟，待焊接构件冷却后，对U型加劲肋焊接状态下顶部板材横向各点的模拟纵向残余变形进行求解并将数值记为Yi，其中，横向为垂直于所述U型加劲肋延伸方向的方向，纵向残余变形为板材在所述U型加劲肋延伸方向上的变化量；
采用有限元分析软件建立底板表面焊接U型加劲肋模型，对焊接全过程进行模拟，待焊接构件冷却后，对U型加劲肋焊接状态下底板板材横向各点的模拟纵向残余变形进行求解并将数值记为Zi，其中，横向为垂直于所述U型加劲肋延伸方向的方向，纵向残余变形为板材在所述U型加劲肋延伸方向上的变化量；
采用有限元分析软件建立两个相邻小节段顶板焊接模型，对焊接全过程进行模拟，待焊接构件冷却后，对两个相邻小节段顶板焊接状态下顶板板材横向各点的模拟纵向残余变形进行求解并将数值记为Pi，其中，所述横向为顶板焊缝延伸方向的方向，纵向变化量为垂直于板材在所述顶板焊缝延伸方向上的变化量；
采用有限元分析软件建立两个相邻小节段底板焊接模型，对焊接全过程进行模拟，待焊接构件冷却后，对两个相邻小节段底板焊接状态下底板板材横向各点的模拟纵向残余变形进行求解并将数值记为Qi，其中，所述横向为所述底板焊缝延伸方向的方向，纵向变化量为垂直于板材在所述底板焊缝延伸方向上的变化量；
以一个小节段钢箱梁为反变形控制的最小计算单元，并将每一小节段钢箱梁的顶板与底板单独分开计算，叠加U型加劲肋焊接与小节段钢箱梁对接焊接引起的残余变形，最终得到单个小节段钢箱梁的总变形量即反变形值，根据反变形值对所述钢箱梁的顶板与底板进行反变形控制；
所述反变形值的表达式为：
顶板：
底板：
式中：i为小节段钢箱梁编号；j为组成某一个大节段钢箱梁的小节段钢箱梁总数；Δi m为i段小节段钢箱梁顶板反变形值；为i段小节段钢箱梁底板反变形值；Yi为i段小节段钢箱梁顶部板材与U形加劲肋焊接引起的残余变形；Zi为i段小节段钢箱梁底部板材与U形加劲肋焊接引起的残余变形；Pi l为i段小节段钢箱梁顶板与i-1段小节段钢箱梁顶板焊接引起的残余变形；Pi r为i段小节段钢箱梁顶板与i+1段小节段钢箱梁顶板焊接引起的残余变形；/>为i段小节段钢箱梁底板与i-1段小节段钢箱梁底板焊接引起的残余变形；/>为i段小节段钢箱梁底板与i+1段小节段钢箱梁底板焊接引起的残余变形。
与现有技术相比，本发明至少能够实现以下有益效果：
(1)本发明考虑了焊接残余应力效应的影响，充分的模拟了焊接过程并计算出产生的残余变形，能够解决大节段钢箱梁制造由于焊接残余应力效应引起的残余变形对大节段钢箱梁线形影响。
(2)本发明以一个小节段钢箱梁为控制单元，在钢箱梁制造之前进行焊接模拟，提前得到焊接过程中的总变形量，同时利用得到总变形量进行反变形控制，步骤简单，且耗时短。
(3)现有的误差控制方法需要在板件焊接后进行切割打磨修正，本发明的反变形控制方法是通过在焊接前将总变形量考虑到板件焊接前的尺寸中，避免了焊接后进行切割打磨修正，有效减少了施工工序，节省材料。
(4)保证桥梁的成桥内力与线形在桥梁的施工中至关重要，特别是在采用大节段施工技术的桥梁施工，其在大节段吊装完成后难以对桥梁的内力和线形进行大幅调整，因此，大节段在梁厂内的制造是内力与线形控制的关键。线形影响着内力，内力的变化直观的体现在线形变化上，本发明提出的反变形控制方法是为了保证大节段钢箱梁在梁场内制造满足线形要求。在梁场内焊接制造大节段钢箱梁存在大量的板件焊接过程，在这些焊接过程中受到焊接残余应力效应的影响，使得板件内部存在残余应力并产生残余变形，随着多个焊接过程的残余应力效应叠加，并且每一个大节段往往由十几个小节段构成，从而导致产生的总残余变形必然达到不可忽略的程度。本发明通过在焊接施工前利用有限元软件模拟制造焊接过程，计算出总变形量(也即是总残余变形量)，将总变形量合理的分摊到每一个小节段的顶部板材和底部板材上予以考虑，从而达到反变形控制的目的，以此来保证内力与线形满足要求。
附图说明
图1、一种考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法梁段编号示意图；
图2、一种考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法钢箱梁截面示意图；
图3、一种考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法U型加劲肋焊接时的剖视图；
图4、一种考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法U型加劲肋焊接时的俯视图；
图5、一种考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法小节段箱梁对接焊接时的剖视图；
图6、一种考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法小节段箱梁对接焊接时的俯视图；
图7、一种考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法板材受残余应力效应产生残余变形的示意图；
图8、一种考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法计算步骤图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明提出的考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法对焊接变形进行有效控制，保证了成桥线形与内力状态的合理性。
本发明提供的一种考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法，其中，顶部板材的表面焊接U型加劲肋，底部板材的表面焊接U型加劲肋，小节段钢箱梁焊接组成大节段钢箱梁，所述控制方法包括以下步骤：
步骤一、对大节段钢箱梁一联中的小节段钢梁段进行编号；
步骤二、采用有限元分析软件建立顶板表面焊接U型加劲肋模型，对焊接全过程进行模拟，待焊接构件冷却到20℃室温，对U型加劲肋焊接状态下顶部板材横向各点的模拟纵向残余变形(纵向残余变形即纵向变化量)进行求解并将数值记为Yi，其中，横向为垂直于所述U型加劲肋延伸方向的方向；纵向变化量为板材在所述U型加劲肋延伸方向上的变化量。
在本发明的其中一些实施例中，采用的有限元分析软件为Ansys。
在本发明的其中一些实施例中，采用以下公式确定顶部板材横向各点的模拟纵向变化量：
其中，fY(x)为顶部板材横向各点的模拟纵向变化量分布，x为顶部板材横向上任意一点，a为U型加劲肋的横向间隔，A0、A1、A2、A3、B0、B1、B2、B3、C0、C1、C2、C3为拟合系数；U型加劲肋的中心线处为起点0，纵向变化量沿U型加劲肋中心线对称分布。
步骤三、采用有限元分析软件建立底板表面焊接U型加劲肋模型，对焊接全过程进行模拟，待焊接构件冷却到20℃室温，对U型加劲肋焊接状态下底板板材横向各点的模拟纵向残余变形进行求解并将数值记为Zi；横向为垂直于所述U型加劲肋延伸方向的方向；纵向变化量为板材在所述U型加劲肋延伸方向上的变化量；
采用以下公式确定所述底部板材横向各点的模拟纵向变化量：
其中，fZ(x)为所述底部板材横向各点的模拟纵向变化量分布，x为所述底部板材横向上任意一点，a为所述U型加劲肋的横向间隔，D0、D 1、D 2、D 3、E0、E 1、E 2、E 3、F0、F 1、F2、F 3为拟合系数；U型加劲肋中心线处为起点0，纵向变化量沿U型加劲肋中心线对称分布。
步骤四、为求得相邻小节段钢箱梁顶板对接的焊接过程中残余应力效应产生的残余变形，采用Ansys有限元分析软件建立两个相邻小节段顶板焊接模型，对焊接全过程进行模拟，待焊接构件冷却到20℃室温，对两个相邻小节段顶板焊接状态下顶板板材横向各点的模拟纵向残余变形进行求解并将数值记为Pi；所述横向为顶板焊缝延伸方向的方向；纵向变化量为垂直于板材在所述顶板焊缝延伸方向上的变化量；
采用以下公式确定所述顶部板材横向各点的模拟纵向变化量：
其中，fP(x)为所述顶部板材横向各点的模拟纵向变化量分布，x为所述顶部板材横向上任意一点，b为所述顶板的横向长度，a0、a 1、a 2、a 3、b0、b 1、b 2、b 3、c0、c 1、c 2、c 3为拟合系数；顶板中心线处为起点0，所述纵向变化量沿所述顶板中心线对称分布。
由于一联大节段钢箱梁其跨中的某一小节段钢箱梁需要与相邻的左右两侧的小节段钢箱梁对接焊接，因此需要根据两个相邻小节段顶板焊接模型的焊接全过程模拟得到某一跨中小节段钢箱梁顶板与左侧小节段钢箱梁顶板焊接残余应力产生的残余变形值Pl、某一跨中小节段钢箱梁顶板与右侧小节段钢箱梁顶板焊接残余应力产生的残余变形值Pr。
步骤五、为求得相邻小节段钢箱梁底板对接焊接过程中残余应力效应产生的残余变形，采用Ansys有限元分析软件建立两个相邻小节段底板焊接模型，对焊接全过程进行模拟，待焊接构件冷却到20℃室温，对两个相邻小节段底板焊接状态下底板板材横向各点的模拟纵向残余变形进行求解并将数值记为Qi；所述横向为所述底板焊缝延伸方向的方向；纵向变化量为垂直于板材在所述底板焊缝延伸方向上的变化量；
采用以下公式确定底部板材横向各点的模拟纵向变化量：
其中，fQ(x)为所述底部板材横向各点的模拟纵向变化量分布，x为所述底部板材横向上任意一点，b为所述底板的横向长度，d0、d 1、d 2、d 3、e0、e 1、e 2、e 3、f0、f 1、f 2、f 3为拟合系数；底板中心线处为起点0，所述纵向变化量沿所述底板中心线对称分布；由于一联大节段钢箱梁其跨中的某一小节段钢箱梁需要与相邻的左右两侧的小节段钢箱梁对接焊接，因此需要根据两个相邻小节段底板焊接模型的焊接全过程模拟得到某一跨中小节段钢箱梁底板与左侧小节段钢箱梁底板焊接残余应力产生的残余变形值Ql、某一跨中小节段钢箱梁底板与右侧小节段钢箱梁底板焊接残余应力产生的残余变形值Qr。
步骤六、根据所述的步骤二、步骤三、步骤四与步骤五得到整个钢箱梁制造过程中由于残余应力效应引起的残余变形量，考虑以一个小节段钢箱梁为反变形控制的最小计算单元，并将每一小节段钢箱梁的顶板与底板单独分开计算，叠加U型加劲肋焊接与小节段钢箱梁对接焊接引起的残余变形，最终得到单个小节段钢箱梁的总变形值；其表达式为：
顶板：
底板：
式中：i：小节段钢箱梁编号；
j：组成某一个大节段钢箱梁的小节段钢箱梁总数；
i段小节段钢箱梁顶板反变形值；
i段小节段钢箱梁底板反变形值；
Yi：i段小节段钢箱梁顶部板材与U形加劲肋焊接引起的残余变形；
Zi：i段小节段钢箱梁底部板材与U形加劲肋焊接引起的残余变形；
Pi l：i段小节段钢箱梁顶板与i-1段小节段钢箱梁顶板焊接引起的残余变形；
Pi r：i段小节段钢箱梁顶板与i+1段小节段钢箱梁顶板焊接引起的残余变形；
i段小节段钢箱梁底板与i-1段小节段钢箱梁底板焊接引起的残余变形；
i段小节段钢箱梁底板与i+1段小节段钢箱梁底板焊接引起的残余变形；
步骤七、根据所述步骤六得到的小节段钢箱梁顶板与底板的反变形值，对所述钢箱梁的顶板与顶板进行反变形控制，具体包括；将小节段钢箱梁的顶部板材与底部板材在焊接前分别加上的相反数，得到小节段钢箱梁顶部板材与底部板材各自的焊接前尺寸。
在本发明的其中一些实施例中，在步骤二、三中，所述顶部板材、底部板材与U形加劲肋焊接模拟焊缝由右到左依次对称焊接，采用缝焊接的形式，待焊接构件的温度降低到室温20℃视为冷却结束。
在本发明的其中一些实施例中，在步骤四、五中，所述顶板、底板对接焊缝自中间向两端对称焊接，待焊接构件的温度降低到室温20℃视为冷却结束。
在本发明的其中一些实施例中，在步骤四、五中，小节段钢箱梁顶板与顶板表面焊接U型加劲肋完成，需要将相邻的小节段钢箱梁对接焊接组成大节段钢箱梁；由于其中的小节段钢箱梁的环缝焊接工序及工作量不同，将导致小节段钢箱梁接触端的顶部板材和底部板材的焊缝残余变形量不同，在小节段钢箱梁中顶部板材的宽度常大于底部板材的宽度，因此在实际焊接时，在小节段钢箱梁顶部板材边缘进行的焊接工作会不同于在底部板材边缘进行的焊接工作，因此小节段钢箱梁顶部板材产生的形变量也就不同于小节段钢箱梁底部板材的形变量，因此需要分别计算小节段钢箱梁焊接成大节段钢箱梁过程中产生的焊接残余应力。
在本发明的其中一些实施例中，在步骤六中，大节段钢箱梁制造过程中焊接残余应力效应引起的残余变形可分为四个阶段。即包括：顶部板材与U型加劲肋焊接、底部板材与U型加劲肋焊接、小节段钢箱梁顶板对接焊接与小节段钢箱梁底板对接焊接。若要保证大节段钢箱梁出厂的制造线形达到规定要求，则需要将四个焊接阶段中由残余应力效应引起的残余变形分类叠加考虑，并将得到的累计残余变形量从对应的焊接前板材尺寸上予以减除，以达到反变形控制的目的。
在本发明的其中一些实施例中，在步骤六中，大节段钢箱梁制造过程中焊接残余应力效应引起箱梁顶板与顶板变形量差异，会造成梁端产生一个倾角。本发明所述大节段钢箱梁制造反变形控制方法单独考虑顶板与底板的变形量并进行反变形控制，能够有效地避免倾角的产生，从而保证大节段钢箱梁制造梁端角度满足规定要求。
如图1，2所示的一种考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法梁段编号示意图、钢箱梁截面示意图，一联大节段大节段钢箱梁由多干段小节段钢箱梁焊接组成，其中小节段钢箱梁由若干板材焊接而成；若干板材中的顶板与顶板表面焊接若干U型加劲肋；因此在大节段钢箱梁制造中主要包括两个焊接过程：小节段钢箱梁对接焊接、表面板材焊接U型加劲肋。如图3，4所示的一种考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法U型加劲肋焊接时的剖视图、U型加劲肋焊接时的俯视图，在顶板与底板焊接U型加劲肋的过程中残余应力效应将会引起顶板与底板产生纵向残余变形，也即是图中z轴方向，因此利用有限元软件模拟出小节段钢箱梁顶部与顶部焊接全过程，求解板材横向各点的纵向变化量，并利用分段三次多项式拟合出顶、底板的纵向变化量计算公式。如图5，6所示的一种考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法小节段箱梁对接焊接时的剖视图、小节段箱梁对接焊接时的俯视图，在小节段钢箱梁对接焊接过程中残余应力效应将会引起顶板与底板产生纵向残余变形，也即是图中z轴方向，因此利用有限元软件模拟出小节段钢箱梁对接焊接全过程，求解板材横向各点的纵向变化量，并利用分段三次多项式拟合出顶、底板的纵向变化量计算公式。如图7所示的一种考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法板材受残余应力效应产生残余变形的示意图，根据前面的步骤可以得到小节段钢箱梁顶板、底板在两个焊接阶段的焊接残余变形，将顶板、底板在两个焊接阶段产生的残余变形各自叠加就可以计算得到顶板、底板总变形量。如图8所示的一种考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法计算步骤图，本发明所述的钢箱梁制造反变形控制方法按照焊接过程划分主要包括两个板块：表面板材焊接U型加劲肋、箱梁对接焊接；按照板件类型划分主要包括两类板件：顶板、底板。在焊接前将顶板、底板的尺寸加上所述计算得到的总变形量的相反数，以此达到本发明所述的钢箱梁制造反变形控制方法的反变形控制目的。
如上所述，便可实现本发明。
但是本发明并非限定于上述特定的实施例，在不超过权利要求书中请求的本发明的技术思想的范围内，本发明所属的技术领域的技术人员能够实施多种变形，上述变形实施应当不能脱离本发明的技术思想或前景进行解释。

Claims (10)

1.考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
对大节段钢箱梁一联中的小节段钢梁段进行编号；
采用有限元分析软件建立顶板表面焊接U型加劲肋模型，对焊接全过程进行模拟，待焊接构件冷却后，对U型加劲肋焊接状态下顶部板材横向各点的模拟纵向残余变形进行求解并将数值记为Yi，其中，横向为垂直于所述U型加劲肋延伸方向的方向，纵向残余变形为板材在所述U型加劲肋延伸方向上的变化量；
采用有限元分析软件建立底板表面焊接U型加劲肋模型，对焊接全过程进行模拟，待焊接构件冷却后，对U型加劲肋焊接状态下底板板材横向各点的模拟纵向残余变形进行求解并将数值记为Zi，其中，横向为垂直于所述U型加劲肋延伸方向的方向，纵向残余变形为板材在所述U型加劲肋延伸方向上的变化量；
采用有限元分析软件建立两个相邻小节段顶板焊接模型，对焊接全过程进行模拟，待焊接构件冷却后，对两个相邻小节段顶板焊接状态下顶板板材横向各点的模拟纵向残余变形进行求解并将数值记为Pi，其中，所述横向为顶板焊缝延伸方向的方向，纵向变化量为垂直于板材在所述顶板焊缝延伸方向上的变化量；
采用有限元分析软件建立两个相邻小节段底板焊接模型，对焊接全过程进行模拟，待焊接构件冷却后，对两个相邻小节段底板焊接状态下底板板材横向各点的模拟纵向残余变形进行求解并将数值记为Qi，其中，所述横向为所述底板焊缝延伸方向的方向，纵向变化量为垂直于板材在所述底板焊缝延伸方向上的变化量；
以一个小节段钢箱梁为反变形控制的最小计算单元，并将每一小节段钢箱梁的顶板与底板单独分开计算，叠加U型加劲肋焊接与小节段钢箱梁对接焊接引起的残余变形，最终得到单个小节段钢箱梁的总变形量即反变形值，根据反变形值对所述钢箱梁的顶板与底板进行反变形控制；
所述反变形值的表达式为：
顶板：
底板：
式中：i为小节段钢箱梁编号；j为组成某一个大节段钢箱梁的小节段钢箱梁总数；为i段小节段钢箱梁顶板反变形值；/>为i段小节段钢箱梁底板反变形值；Yi为i段小节段钢箱梁顶部板材与U形加劲肋焊接引起的残余变形；Zi为i段小节段钢箱梁底部板材与U形加劲肋焊接引起的残余变形；Pi l为i段小节段钢箱梁顶板与i-1段小节段钢箱梁顶板焊接引起的残余变形；Pi r为i段小节段钢箱梁顶板与i+1段小节段钢箱梁顶板焊接引起的残余变形；/>为i段小节段钢箱梁底板与i-1段小节段钢箱梁底板焊接引起的残余变形；/>为i段小节段钢箱梁底板与i+1段小节段钢箱梁底板焊接引起的残余变形。
2.根据权利要求1所述的考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法，其特征在于，所述有限元分析软件为Ansys。
3.根据权利要求1所述的考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法，其特征在于，采用以下公式确定顶部板材横向各点的模拟纵向残余变形：
其中，fY(x)为顶部板材横向各点的模拟纵向变化量分布，x为顶部板材横向上任意一点，a为U型加劲肋的横向间隔，A0、A1、A2、A3、B0、B1、B2、B3、C0、C1、C2、C3为拟合系数；U型加劲肋的中心线处为起点0，纵向变化量沿U型加劲肋中心线对称分布。
4.根据权利要求1所述的考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法，其特征在于，采用以下公式确定所述底部板材横向各点的模拟纵向残余变形：
其中，fZ(x)为所述底部板材横向各点的模拟纵向变化量分布，x为所述底部板材横向上任意一点，a为所述U型加劲肋的横向间隔，D0、D 1、D 2、D 3、E0、E 1、E 2、E 3、F0、F 1、F 2、F 3为拟合系数；U型加劲肋中心线处为起点0，纵向变化量沿U型加劲肋中心线对称分布。
5.根据权利要求1所述的考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法，其特征在于，所述待焊接构件冷却后是将待焊接构件冷却到20℃室温。
6.根据权利要求1所述的考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法，其特征在于，采用以下公式确定所述顶部板材横向各点的模拟纵向残余变形：
其中，fP(x)为所述顶部板材横向各点的模拟纵向变化量分布，x为所述顶部板材横向上任意一点，b为所述顶板的横向长度，a0、a 1、a 2、a 3、b0、b 1、b 2、b 3、c0、c 1、c 2、c 3为拟合系数；顶板中心线处为起点0，所述纵向变化量沿所述顶板中心线对称分布。
7.根据权利要求1所述的考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法，其特征在于，采用以下公式确定底部板材横向各点的模拟纵向残余变形：
其中，fQ(x)为所述底部板材横向各点的模拟纵向变化量分布，x为所述底部板材横向上任意一点，b为所述底板的横向长度，d0、d 1、d 2、d 3、e0、e 1、e 2、e 3、f0、f 1、f 2、f 3为拟合系数；底板中心线处为起点0，所述纵向变化量沿所述底板中心线对称分布。
8.根据权利要求1所述的考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法，其特征在于，顶部板材、底部板材与U形加劲肋焊接模拟焊缝由右到左依次对称焊接，采用缝焊接的形式，待焊接构件的温度降低到室温20℃视为冷却结束。
9.根据权利要求1所述的考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法，其特征在于，所述顶板、底板对接焊缝自中间向两端对称焊接，待焊接构件的温度降低到室温20℃视为冷却结束。
10.根据权利要求1-9任一所述的考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法，其特征在于，所述根据反变形值对所述钢箱梁的顶板与顶板进行反变形控制，是将小节段钢箱梁的顶部板材与底部板材在焊接前分别加上的相反数，得到小节段钢箱梁顶部板材与底部板材各自的焊接前尺寸。
CN202310515671.0A 2023-05-09 2023-05-09 考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法 Pending CN116702269A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310515671.0A CN116702269A (zh) 2023-05-09 2023-05-09 考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310515671.0A CN116702269A (zh) 2023-05-09 2023-05-09 考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116702269A true CN116702269A (zh) 2023-09-05

Family

ID=87828371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310515671.0A Pending CN116702269A (zh) 2023-05-09 2023-05-09 考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116702269A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105421586B (zh) 一种城市轨道交通高架车站的型钢混凝土柱及其制备方法
CN103246774B (zh) 数值模拟p92钢管焊接热影响区宽度的方法
CN107498269B (zh) 一种适用于干式船厢室的大型承船厢制造方法
CN109145524B (zh) 排布坡口焊道的多层多道获取方法
CN106628009B (zh) 一种船舶用启闭铰链的安装工装及安装方法
CN110091958B (zh) 船体分段无余量建造工艺方法
CN110802302B (zh) 一种多向钢节点的电弧熔丝增材制造方法
CN104889682A (zh) 一种桩腿分段建造方法
JP2011101900A (ja) 変形推定方法、プログラムおよび記録媒体
CN112570861A (zh) 一种薄板分段建造焊接变形的控制方法
Ni et al. Forming optimization for WAAM with weaving deposition on curved surfaces
Kitner A study of manufacturable rib-to-floor beam connections in steel orthotropic bridge decks
CN110096719A (zh) 一种大面积焊接球网架结构的变形预控制方法
CN116702269A (zh) 考虑残余应力效应的大节段钢箱梁制造反变形控制方法
JP5241991B2 (ja) 変形推定方法、プログラムおよび記録媒体
CN115455771B (zh) 大节段钢箱梁制造中温度效应引起的变形误差控制方法
Mrvar et al. Welding sequence definition using numerical calculation
Suman et al. Numerical prediction of welding distortion in submerged arc welded butt and fillet joints
CN104028875B (zh) 铝电解槽的制作方法
CN109543328B (zh) 一种大直径双层柔性焊件应力与应变的模拟方法
CN111622105A (zh) 剪力键模具的制作方法及桥面板铺装结构
CN111571072A (zh) 一种箱型细长梁的焊接精度控制方法
CN114139423A (zh) 一种船舶多焊缝板架结构焊接顺序的仿真方法
KR20160113943A (ko) 선박 용접물량의 자동 산출 방법
CN111644731B (zh) 减小钢混组合桥梁制造焊接变形方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination