钢桥面横隔板多疲劳裂纹耦合扩展数值模拟

摘要

【目的】在长期运营下，正交异性钢桥面的横隔板弧形开孔处易萌生多条疲劳裂纹，这对桥梁的安全构成了较大威胁，研究这些裂纹的耦合扩展特性能更好地保障桥梁安全。【方法】联合线弹性断裂力学理论和ABAQUSFRANC3D交互建模技术，建立横隔板弧形开孔部位双疲劳裂纹扩展的数值分析模型，通过对比分析单裂纹和双裂纹的扩展特性，揭示了初始裂纹形态比对耦合扩展效应的影响。【结果】横隔板弧形开孔部位的疲劳裂纹是以I型为主导的复合型裂纹。相较于单疲劳裂纹扩展，双疲劳裂纹在耦合扩展时，其应力强度因子会降低，且扩展区域周边的应力存在相互卸载作用。当初始形态相同的双疲劳裂纹经过一定的荷载循环后，其中一条裂纹的应力强度因子会先增大，然后降低到裂纹扩展阈值以下，此后裂纹扩展形式由多裂纹扩展转变为单裂纹扩展。同时，当改变两条裂纹的初始形态时，其扩展规律及结果保持一致。受双裂纹耦合扩展时应力相互卸载作用的影响，主裂纹的扩展速度大幅减缓。在相同的循环次数下，单裂纹的扩展长度可达双裂纹的2.19倍。【结论】采用ABAQUS-FRANC3D交互建模技术揭示了横隔板弧形开孔部位多疲劳裂纹的耦合扩展规律，其计算效率与精度高，研究成果可为该类疲劳问题的分析提供参考。

关键词

钢桥面板 / 横隔板弧形开孔 / 多裂纹 / 应力强度因子 / 裂纹扩展