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铸钢节点外型美观，过渡光滑，适应各种复杂形状，可铸造成多个支管从任意方向汇交的复杂形状，材料力学性能不再受应力方向的影响，无残余应力，所以特别适用于工程中三维应力状态下的节点和支点等联接部位，尤其是在钢管结构中更显示了优良的力学性能。目前，铸钢节点已广泛应用于工程结构中，并逐渐推广应用到承受疲劳载荷的结构中。研究显示，铸钢节点的应用大大提高了结构的抗疲劳性能。铸钢节点的疲劳问题包含两部分内容:铸钢本身的疲劳和铸钢与钢管连接的环形对接焊缝的疲劳，因为铸钢部分的疲劳强度高于焊缝的疲劳强度，焊缝是整个节点疲劳问题的关键。关于铸钢节点疲劳力学性能的研究目前还很少，关于其焊缝的疲劳性能的研究更少。本文针对铸钢节点的环形对接焊缝的疲劳性能进行研究，主要研究内容如下: 1.介绍了铸钢节点的生产过程及工艺要求和铸钢节点焊缝焊接的生产工艺。总结了国内外关于焊接结构的疲劳S-N曲线。 2.根据国内常用的铸钢节点焊接形式，设计了两种不同的焊接细节进行了小试件疲劳试验。小试件为从铸钢与钢管环形对接构件中截取的一部分带焊缝的弧形试件。两种细节的焊缝试件共试验了21个应力级别的24根试件。试件疲劳断裂的断面分析结果显示，绝大部分试件的疲劳破坏均从焊根位置开始，与传统焊缝在焊趾位置起裂的破坏方式完全不同，这是由于焊缝两边铸钢与钢管的显著的厚度差造成的。目前关于这种从焊根起裂的焊缝的疲劳数据在国内外规范中还没有，本试验的相关成果为铸钢节点环形对接焊缝的工程设计和计算提供了重要参考数据。 3.根据Miner线性积累损伤准则和最小二乘法，拟合了两种铸钢节点环形对接焊缝的疲劳试验数据，得出两种焊缝细节的S-N曲线和P-S-N曲线，并与国外铸钢节点环形对接焊接的疲劳试验数据进行了对比分析。总结出了两种焊接细节的疲劳设计准则表，其中分别给出了两种焊接细节的疲劳极限和寿命曲线，并给出了焊接的具体构造形式及焊接过程中的质量要求。 4.运用试验得到的铸钢节点环形对接焊缝的疲劳性能基本数据，针对杭州湾跨海大桥海中平台观光塔铸钢节点，结合ANSYS有限元计算，进行了节点的疲劳强度分析，分别进行了铸钢部分和焊缝部分的疲劳强度验算。结果显示，铸钢部分的疲劳强度远远高于焊缝部分的疲劳强度。充分证明了焊缝是整个节点的疲劳薄弱环节。同时也揭示出铸钢节点的两个部分的疲劳强度差别很大，疲劳设计时需要平衡和优化两者的疲劳性能。 5.运用试验得到的疲劳性能基本数据，针对杭州湾跨海大桥海中平台观光塔铸钢节点，进行了铸钢节点焊缝的疲劳可靠性分析。根据Miner损伤累积准则，以损伤阀值△为随机变量，建立了焊缝的疲劳寿命功能函数。通过ANSYS生死单元技术，模拟了焊缝疲劳破坏失效状态转移的过程。运用改进的分枝约界方法，搜寻了焊缝失效的主要失效路径，计算了焊缝疲劳失效的可靠度。