融合残余应力效应的焊接钢结构疲劳设计与评估统一方法研究

本研究针对焊接结构疲劳评估中因传统方法假设高拉伸残余应力而导致的过度保守问题，提出了一种融合残余应力效应的实用统一流程。研究人员通过结合等效结构应力范围参数、ASME BPVC VIII-2 (2007) 和 API 579-1/ASME FFS-1 (2007) 采用的主S-N曲线，以及以有效应力比表达的残余应力效应，构建了修正疲劳参数。该方法经多种残余应力状态（如焊态、应力消除、预压及高频机械冲击处理）的疲劳试验结果验证，可有效利用主S-N曲线，通过纵坐标替换为修正等效结构应力范围来实现精准评估。

　　

通常，针对焊接结构的疲劳设计与评估存在多种关于疲劳S-N曲线的建议。大多数焊接结构疲劳指南依赖于接头类型、载荷模式、板厚、焊后处理、材料等因素。此外，传统的焊接结构疲劳评估通常假设易损焊接部位附近存在高拉伸残余应力水平。然而，焊接接头中的残余应力并非总是高拉伸状态，这容易导致疲劳设计与评估过于保守。

此项研究提出了一种实用的统一疲劳设计与评估流程，该流程针对焊接钢结构，考虑了焊趾失效模式，并融入了残余应力效应。修正的疲劳参数是通过结合等效结构应力范围参数、被ASME BPVC VIII-2 (2007) 和 API 579-1/ASME FFS-1 (2007) 采用的主S-N曲线，以及利用疲劳强度概念表达为有效应力比的残余应力效应而生成的。

所提出的统一流程通过利用现有的、具有不同残余应力水平的疲劳试验结果进行了验证，这些状态包括焊态（高拉伸）、应力消除（低拉伸）、预应力（压缩）以及高频机械冲击处理（压缩）。因此，这种考虑了载荷和残余应力水平影响的焊接结构统一疲劳设计与评估方法，可以通过将纵坐标上的等效结构应力范围替换为修正等效结构应力范围，有效地应用于基于主S-N曲线的焊接钢结构评估。