目前铁路钢桥普遍选用焊接整体式节点，以工厂施焊、现场拼装的方式施工，受焊接工艺影响，在钢桥节点密集、大量的焊缝中易引入夹渣、气孔、微裂纹等缺陷；服役中，节点因长期处于复杂高应力状态下、存在焊接缺陷等，成为钢桥最常见的疲劳破坏部件，因此节点性能关乎钢桥能否安全服役至其设计期限。对钢桥节点进行疲劳性能评估关键在于准确预测节点焊缝疲劳裂纹扩展过程。
对于焊缝疲劳裂纹扩展研究多集中于焊趾表面裂纹，由焊趾表面缺陷形成，然而实际焊接缺陷多居于焊缝中间，处于埋藏状态，不易察觉，这类缺陷在循环高应力条件下出现内部应力集中，易发展成初始疲劳裂纹，由于肉眼无法直测，这类埋藏式裂纹成为钢桥极大的安全隐患。基于此类事实，本文借助ANSYS软件对某钢桥节点焊缝内部裂纹进行疲劳评估，在危险节点焊缝中引入缺陷和初始片状裂纹，基于断裂力学理论模拟埋藏裂纹空间扩展并评估其剩余寿命，对比分析提出相关工程抗疲劳设计意见。
（1）提出埋藏式缺陷裂纹扩展模拟及其寿命评估方法。建立一长方体焊缝内部缺陷裂纹扩展仿真算例，依据多自由度裂纹扩展模型，以裂尖多离散点的空间扩展行为代表裂纹演化过程，以K判据作为断裂准则，探索双向拉伸荷载下埋藏缺陷裂纹的空间演化规律。结果显示，缺陷裂纹扩展分成埋藏式裂纹扩展和穿透型裂纹扩展两个阶段，当埋藏裂纹穿透焊缝时即进入快速扩展阶段，根据损伤容限设计理念，可将此阶段作为检修点；对比埋藏裂纹疲劳试验结果，裂纹面均表现为近圆形扩展演化，同时经历裂纹焊缝内部扩展、焊缝贯穿、断裂，验证该埋藏裂纹仿真计算方法的有效性。
（2）以得到验证的埋藏缺陷裂纹扩展模拟方法评估钢桥节点焊缝疲劳性能。依据铜九铁路线鄱阳湖铁路钢桥近年来运输改变提出某编组货运列车对钢桥节点造成的累积疲劳损伤，通过理论和行车动力响应分析确定钢桥疲劳危险节点，基于子模型法建立钢桥多尺度有限元模型，由位移插值法计算危险节点动力响应，可知节点处于不对称空间应力状态下；根据响应结果选定危险焊缝并引入缺陷及片状裂纹，结果显示缺陷处存在很高的应力集中，促使材料屈服，加速裂纹扩展。
（3）采用雨流计数法和应力等效转化原则将节点边界动应力转化为恒幅荷载，并作为外荷载输入到带缺陷裂纹节点实体模型，基于ANSYS主动网格划分方法探索多轴不对称荷载下节点焊缝埋藏式裂纹扩展演化规律，以适合性承载准则作为裂纹失效判据并由断裂力学法计算裂纹剩余寿命，仿真显示多轴应力状态下，埋藏裂纹扩展面呈现波浪状或锯齿状曲面形态，表现为张开型扩展，裂纹面各方向应力集中程度不等导致“尖嘴”突出形状，加快裂纹该方向扩展速度；当裂纹穿透焊缝，裂尖等效应力强度因子接近断裂韧性，因此需注意区分焊缝表面开口裂纹，防止埋藏裂纹穿透焊缝发生断裂失效。
（4）基于节点杆件实测应变数据模拟缺陷裂纹扩展及寿命对比分析。根据钢桥已有的安全预警系统，现场智能实测下弦节点各边界杆件应变时程数据，考虑杆件轴向力作用进行埋藏式裂纹扩展仿真和对比分析。结果表明，初始荷载变化可以改变埋藏裂纹扩展面“尖嘴”突出程度，因此，通过适当改变初始荷载和边界条件可以调整裂纹面“尖嘴”形态从而达到抑制扩展效果；实测数据所得寿命与模型理论计算相差26.1%，说明整套铁路钢桥埋藏式裂纹扩展和寿命分析方法能较准确再现实际钢桥疲劳损伤状况。
基于以上分析，可知埋藏式裂纹评估和补强是确保结构安全服役至设计期限的关键步骤，控制裂纹初期扩展和平衡裂纹面各方向应力集中程度是提高寿命的重要举措。
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