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Author(s):	Acevedo, Claire; Nussbaumer, Alain; Drezet, Jean-Marie
Title:	Evaluation of residual welding stresses and fatigue crack behavior in tubular K-joints in compression
Abstract:	Tubular bridge design has to deal with fatigue issues. The fatigue susceptibility of these bridges, composed of circular hollow section profiles welded together in K-joints, is mainly due to stress concentrations, to welding imperfections and to tensile residual stresses induced by the welding process. Since these residual stresses are unknown for K-joints, measurements were carried out in vicinity of weld toes using the incremental hole-drilling method, X-ray diffraction and in particular neutron diffraction. Results from these techniques show that on the first millimeters from the surface, the most important tensile residual stresses are oriented perpendicular to the weld direction and reach the yield strength. Fatigue tests on two large-scale truss specimens were carried out. They show that tensile residual stresses have a strong influence on crack propagation in K-joints under applied compressive stresses down to a crack depth of 2 to 3 mm from the surface. Thermo-mechanical analyses are performed in 3D using two finite element codes: ABAQUS and MORFEO. Computed residual stresses in the region surrounding the weld are compared with measured residual stresses in order to discuss the ability of the simulations to reproduce the residual stress field pattern and estimate the stress values. Ermittlung von Eigenspannungen und Verhalten von Ermüdungsrissen in geschweißten K-Hohlprofilverbindungen unter Druck. Bei der Konstruktion von Brücken aus Rundhohlprofilen sind Materialermüdungsprobleme zu beachten. Derartige Brücken sind durch K-förmige Strebenverbindungen (im Folgenden K-Verbindungen genannt) verschweißt. Ihre Anfälligkeit für Materialermüdung entsteht vor allem durch Spannungskonzentrationen sowie durch Unregelmäßigkeiten und Eigenspannungen, die beim Schweißen erzeugt werden. Da die Höhe dieser Eigenspannungen für K-Verbindungen unbekannt ist, wurden Messungen in der Nähe der Schweißnahtübergänge durchgeführt. Messmethoden waren die inkrementelle Bohrlochmethode, die Röntgendiffraktometrie und insbesondere die Neutronendiffraktometrie. Die Messergebnisse zeigen, dass die wichtigsten Zug-Eigenspannungen auf den ersten Millimetern unterhalb der Oberfläche rechtwinklig zur Schweißnaht verlaufen und die Streckgrenze erreichen. Ermüdungstests wurden an zwei großen Trägern durchgeführt. Sie zeigen, dass Zug-Eigenspannungen bei gleichzeitig bestehenden Druckspannungen einen starken Einfluss auf Rissausbreitung in K-Verbindungen haben; bis zu einer Tiefe von 2 bis 3 mm unterhalb der Oberfläche. Thermomechanische Analysen werden in 3D-Modellen unter Verwendung zweier Finite-Elemente-Programme durchgeführt: ABAQUS und MORFEO. Hierdurch berechnete Eigenspannungen in der Umgebung der Schweißnaht werden mit den gemessenen Werten verglichen, um die Eignung der Simulationen zu prüfen, die Eigenspannungsfelder darzustellen und die Spannungswerte überschlägig zu ermitteln.
Source:	Stahlbau 80 (2011), No. 7
Page/s:	483-491
Language of Publication:	German

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