钢箱梁桥焊接残余应力检测方法

随着社会的进步和经济的发展，桥梁建设得到了飞速的发展，尤其是大跨径钢箱梁。现在钢箱梁的制造过程均已采用焊接工艺，现场连接也由高强度螺栓转向栓焊或全焊连接。钢箱梁加劲板在焊接和冷却过程中会产生焊接残余应力和残余变形，而焊接应力较高的部位将达到钢材的屈服强度而发生塑性变形。

因此，对于整体阶段焊接残余应力的研究尤为重要。本文主要是以某桥梁为例，采用盲孔法对钢箱梁进行残余应力检测，得出钢箱梁焊接残余应力的分布规律及特点，为后续施工及设计提供技术参考。

桥梁结构介绍

桥梁主桥采用57.5m+85m+57.5m三跨跨越海河，桥跨总长200m，主跨85m。

主桥由横向7个钢箱梁组成，横向对称布置，每个钢箱梁宽度3.452m，钢箱梁之间间距1.644m。钢箱梁顶面与道路纵断线形一致，底面为曲线线形。两个钢箱梁之间采用上下两个横梁进行连接。钢箱梁内部设大横隔板和小横隔板，其标准间距为2.5m。钢箱梁之间横梁布置位置对应大、小横隔板。

钢箱梁顶板设置U肋，底板设置T肋，腹板设置竖向、横向加劲肋。

主桥钢结构全部采用焊接，其中板厚变化的位置需进行板厚过渡处理，过渡段应满足不小于1:8，不大于1:6，并且板厚过渡区域在薄板范围内。

钢箱梁示意图

残余应力检测仪器

测试仪器为聚航科技生产的JHMK残余应力测试系统，由JHZK残余应力钻孔装置和JHYC静态应变仪组合而成。在软件进行设置后，会自动实时计算残余应力值，显示残余应力释放曲线，生成残余应力报告。

残余应力检测贴片位置选择

根据桥梁拼装和焊接的步骤可知，该桥在顶板上有纵向和横向两种焊缝。因此，焊接残余应变测点位置选择其中同一箱梁的相交横焊缝上。测点布置具体如下：横桥向布置在4#-5#跨箱梁二第一道横向焊缝位置处；横桥向由于主梁为梁横向布置七片箱梁和六片箱间横隔板构成，为对称结构，因此选择箱梁二三间箱梁二与箱间横隔板的焊缝。每个箱梁的残余应力测点布置为：横向焊缝残余应力测点布置为距离焊缝边缘0.02m，间距0.4m的测点10个，在横向焊缝中间沿垂线方向布置间距为0.01m的测点2个，横向焊缝残余应力测点共12个点；纵向焊缝残余应力测点布置距离焊缝边缘0.02m，间距0.6m的测点4个，在第三个测点位置处，沿纵向焊缝垂直方向布置间距为0.01m的测点2个，纵向焊缝残余应力测点共6个点，总测点共16个。

焊接残余应力检测结果

通过现场对桥梁进行焊接残余应力测试，可以得到测试部位残余应力数值，以及箱梁二焊缝残余应力分布图。“+”表示拉应力，“-”表示压应力，σ_max为测点处主拉应力，σ_min为测点处主压应力，θ为主拉应力σ_max与焊缝方向的夹角。

由测得的数据和残余应力分布曲线图可知，箱梁二顶板横向焊缝测区的残余应力峰值为199.97MPa，为材料屈服强度的57.96%；箱梁二顶板纵向焊缝测区的残余应力峰值为-157.94MPa，为材料屈服强度的45.78%。从整体来看，箱梁二梁端段顶板焊缝测区残余应力整体水平在材料屈服强度的25%左右，焊缝附近的残余应力大小沿切线方向和垂线方向分布均为非线性。

总结

采用盲孔法对钢箱梁顶板上焊缝处残余应力进行了测试，分析测试结果后得到了各测点主应力。

1. 焊缝附近的应力分布不均匀，沿焊缝方向既有拉应力又有压应力，且拉压应力交替出现。

2. 桥梁跨中箱梁顶板与横向1/3处箱梁顶板焊接残余应力分布类似，跨中焊接残余应力整体水平要高于1/3处。

3. 桥梁箱梁顶板横向焊缝处残余应力分布呈中间大，两端小的趋势。

4. 焊缝附近钢板的残余应力与距焊缝距离无线形关系。