[发明专利]钢箱梁焊接残余应力和结构应力耦合计算模型的建立方法

权利要求书

1.钢箱梁焊接残余应力和结构应力耦合计算模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对大跨度桥梁钢箱梁体系进行模拟，建立钢箱梁节段模型；

步骤2、利用子模型方法，建立顶板纵肋焊接细节局部精细模型；

步骤3、将所得顶板纵肋焊接细节局部精细模型嵌入钢箱梁节段模型之中，得到整体钢箱梁多尺度模型；

步骤4、采用热结构耦合法对整体钢箱梁多尺度模型进行顶板纵肋焊接过程温度场、应力场的模拟，及进行车辆荷载的模拟，计算得到钢箱梁焊接细节的真实应力时程。

2.根据权利要求1所述钢箱梁焊接残余应力和结构应力耦合计算模型的建立方法，其特征在于：所述步骤1大跨度桥梁钢箱梁体系的顶板、顶板纵肋、底板、底板纵肋、横隔板和腹板均采用壳单元进行模拟。

3.根据权利要求1所述钢箱梁焊接残余应力和结构应力耦合计算模型的建立方法，其特征在于：所述步骤1大跨度桥梁钢箱梁体系的纵隔板根据桁架式和实腹式类型分别采用梁单元和壳单元进行模拟。

4.根据权利要求1所述钢箱梁焊接残余应力和结构应力耦合计算模型的建立方法，其特征在于：所述步骤1还包括对钢箱梁节段模型两侧截断面上全部节点约束X、Y、Z三轴的位移自由度。

5.根据权利要求1所述钢箱梁焊接残余应力和结构应力耦合计算模型的建立方法，其特征在于：所述步骤2利用子模型方法建立顶板纵肋焊接细节局部精细模型，具体为：

步骤2.1、从钢箱梁节段模型中切割出一段顶板和顶板纵肋，采用实体单元对顶板、顶板纵肋以及焊缝进行建模并精细网格划分，得到顶板纵肋焊接细节局部精细模型；

步骤2.2、对钢箱梁节段模型进行较粗网格划分，及施加车辆荷载并计算求解，得出顶板纵肋焊接细节局部精细模型边界部位的位移响应；

步骤2.3、将所得的位移响应作为边界条件，采用线性插值法施加到顶板纵肋焊接细节局部精细模型的切割边界。

6.根据权利要求2所述钢箱梁焊接残余应力和结构应力耦合计算模型的建立方法，其特征在于：所述步骤3得到整体钢箱梁多尺度模型，具体为：

步骤3.1、从钢箱梁节段模型中删除与顶板纵肋焊接细节局部精细模型坐标一致、尺寸相同的壳单元；

步骤3.2、从钢箱梁节段模型中继续删除在顶板纵肋焊接细节局部精细模型的周围相邻壳单元；

步骤3.3、将顶板纵肋焊接细节局部精细模型嵌入钢箱梁节段模型之中，顶板纵肋焊接细节局部精细模型周围相邻单元为实体单元与壳单元之间的衔接单元，按照相邻单元边界上网格尺寸逐一自由划分网格，得到整体钢箱梁多尺度模型。

7.根据权利要求2所述钢箱梁焊接残余应力和结构应力耦合计算模型的建立方法，其特征在于：所述步骤4采用热结构耦合法模拟，具体为：

步骤4.1、对整体钢箱梁多尺度模型进行焊接温度场模拟，于顶板纵肋焊接细节局部精细模型外表面施加对流边界条件，采用生死单元方法模拟焊料填充，得到热分析结果；

步骤4.2、将整体钢箱梁多尺度模型中所有壳单元杀死，对顶板纵肋焊接细节局部精细模型施加位移边界条件和约束；

步骤4.3、对整体钢箱梁多尺度模型进行焊接应力场模拟，将步骤4.1所得到的热分析结果作为体荷载施加到节点上进行结构分析；

步骤4.4、将整体钢箱梁多尺度模型中所有壳单元激活，对整体钢箱梁多尺度模型两侧截断面上全部节点约束X、Y、Z三轴的位移自由度；在焊接过程模拟完成后，继续施加车辆荷载，计算得到钢箱梁焊接细节的真实应力时程。

8.根据权利要求2所述钢箱梁焊接残余应力和结构应力耦合计算模型的建立方法，其特征在于：所述步骤4.2中施加的位移边界条件为：不产生刚体位移；不严重阻碍焊接过程中的自由变形；在顶板和顶板纵肋对称面处施加对称约束，顶板左右两侧施加Y方向约束，顶板横截面一侧施加Z方向约束。