殘余應(yīng)力對(duì)Q550高強(qiáng)度焊接H型鋼柱承載力影響分析

以有限元分析軟件ansys為工作平臺(tái),基于非線(xiàn)性板殼有限元分析理論,采用大撓度彈塑性分析方法,考慮初始缺陷的影響,計(jì)算有不同熱軋殘余應(yīng)力峰值下的h型鋼柱的極限承載力,得到主要影響鋼柱極限承載力的因素,為熱軋殘余應(yīng)力的統(tǒng)計(jì)提供一些參考意見(jiàn)。

針對(duì)寶鋼最新研發(fā)的高強(qiáng)度q460鋼材,采用鉆孔應(yīng)變釋放法測(cè)試焊接h型鋼縱向殘余應(yīng)力在截面上的大小及分布規(guī)律。同時(shí),結(jié)合機(jī)械剝層的方式對(duì)縱向殘余應(yīng)力沿壁厚方向的分布規(guī)律進(jìn)行試驗(yàn)考察。在試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的基礎(chǔ)上,提出高強(qiáng)度q460焊接h型鋼的縱向殘余應(yīng)力分布的計(jì)算模型。

采用有限元方法分析了初彎曲和殘余應(yīng)力對(duì)常用長(zhǎng)細(xì)比范圍內(nèi)箱型鋼柱穩(wěn)定極限承載力的影響,同時(shí)考慮了幾何非線(xiàn)性和材料非線(xiàn)性,并通過(guò)荷載—位移曲線(xiàn)確定箱型鋼柱受壓穩(wěn)定極限承載力。通過(guò)分析得出,初彎曲對(duì)箱型鋼柱軸心受壓穩(wěn)定極限承載力影響較大,殘余應(yīng)力的影響相對(duì)較小,當(dāng)既有初彎曲又有殘余應(yīng)力時(shí),柱的穩(wěn)定極限承載力將大為下降。這可以為今后實(shí)際工程中箱型鋼柱的設(shè)計(jì)和計(jì)算提供一定的參考。

h型鋼構(gòu)件在生產(chǎn)過(guò)程中將不可避免的產(chǎn)生殘余應(yīng)力,而殘余應(yīng)力的存在將極大地影響構(gòu)件的承載能力。采用盲孔法測(cè)試了大h型鋼構(gòu)件的殘余應(yīng)力分布,根據(jù)對(duì)大型h型鋼構(gòu)件的殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果在有限元模型中引入不同殘余應(yīng)力分布和邊界條件,討論了殘余應(yīng)力與邊界條件耦合作用對(duì)構(gòu)件承載能力的影響。結(jié)果表明對(duì)于不同的邊界條件和殘余應(yīng)力分布,h型鋼柱構(gòu)件的承載能力表現(xiàn)出不同的敏感性,該結(jié)果對(duì)h型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)作用。

通過(guò)用盲孔法對(duì)焊接h型鋼的殘余應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，初步了解了焊接h型鋼殘余應(yīng)力的狀況。

構(gòu)件中所存在的殘余應(yīng)力會(huì)大大影響鋼結(jié)構(gòu)組件的剛度和疲勞壽命。雖然對(duì)于低碳鋼的結(jié)構(gòu)部件有較多的研究,但由于在常溫和高溫下應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和材料屬性的不同,造成了殘余應(yīng)力分布在高強(qiáng)鋼構(gòu)件中與低碳鋼焊接而成的構(gòu)件中的差異。因此,有必要研究由高強(qiáng)鋼焊接而成的結(jié)構(gòu)部件中殘余應(yīng)力的分布。對(duì)3個(gè)屈服強(qiáng)度460mpa的焊接熱切高強(qiáng)型鋼柱的殘余應(yīng)力進(jìn)行研究,對(duì)不同橫截面大小也進(jìn)行了分析。使用切片法和鉆孔法測(cè)量,并對(duì)兩種方法所獲得的殘余應(yīng)力進(jìn)行比較。所測(cè)量的殘余應(yīng)力的大小和分布與碳鋼中的一致,然而卻有相對(duì)更小的殘余應(yīng)力比。最后,根據(jù)所測(cè)量的值,提出一個(gè)簡(jiǎn)化的由熱切h型鋼焊接而成的460mpa高強(qiáng)鋼構(gòu)件的殘余應(yīng)力分布。

錐柱耐壓殼常采用高強(qiáng)度鋼建造,高強(qiáng)度鋼對(duì)焊接殘余應(yīng)力較為敏感,因此有必要針對(duì)耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭的殘余應(yīng)力進(jìn)行研究。本文基于熱彈塑性相關(guān)理論,采用ansys的apdl語(yǔ)言編制焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬程序。研究板厚、板寬、錐角以及焊接速度、焊喉溫度對(duì)典型焊接接頭軸向焊接殘余應(yīng)力的影響。研究表明:錐柱耐壓殼凹面焊趾附近區(qū)域殘余拉應(yīng)力較大,應(yīng)作為疲勞強(qiáng)度研究的重點(diǎn)區(qū)域。板厚和焊喉溫度對(duì)殘余拉應(yīng)力的影響較殘余壓應(yīng)力大;板寬和錐角對(duì)殘余拉、壓應(yīng)力影響均較大。本文的研究可以控制焊接殘余應(yīng)力和優(yōu)化焊接加工工藝,并為后續(xù)耐壓結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的研究奠定相關(guān)理論基礎(chǔ)。

針對(duì)大寬厚比的高頻焊接h鋼柱塑性耗能能力較低的特點(diǎn),進(jìn)行了10個(gè)試件的單調(diào)和反復(fù)加載試驗(yàn)研究.試驗(yàn)揭示,在一般低多層框架結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)細(xì)比范圍內(nèi),翼緣和腹板板件寬厚比的組合和軸壓比是決定薄柔h鋼柱靜力和滯回性能的關(guān)鍵因素.綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和系統(tǒng)的數(shù)值分析,提出了經(jīng)受罕遇地震往復(fù)作用時(shí),將鋼柱承載力下降限制在某一范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)原則.按此原則,可以確定容許的板件寬厚比組合限值.這一設(shè)計(jì)方案為在抗震設(shè)防區(qū)使用薄柔構(gòu)件輕型鋼框架提供了可能.

鋼結(jié)構(gòu)開(kāi)裂及變形很大程度上是由于焊接殘余應(yīng)力造成的.文章對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,探究了鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力分布、產(chǎn)生原因及其對(duì)鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)剛度、疲勞強(qiáng)度、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、焊件穩(wěn)定性、低溫工作性能、結(jié)構(gòu)變形、靜力強(qiáng)度等鋼結(jié)構(gòu)性能的影響,并提出了實(shí)踐工作中焊接殘余應(yīng)力的控制及消除辦法,為相關(guān)行業(yè)提供參考.

隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的增加，焊接應(yīng)力和變形對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的承載力的影響越來(lái)越引起工程界的關(guān)注。本文從焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的原因著手，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)框架是否考慮焊接應(yīng)力和變形進(jìn)行承載力對(duì)比分析。

本文采用數(shù)值模擬的方法,對(duì)船體結(jié)構(gòu)的某一環(huán)形拘束焊縫進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力的模擬計(jì)算。同時(shí)采用壓痕式應(yīng)力測(cè)試儀,對(duì)實(shí)際船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試,并與模擬結(jié)果相對(duì)比驗(yàn)證。結(jié)果表明,模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果測(cè)得的焊接殘余應(yīng)力分布規(guī)律基本一致,環(huán)形拘束焊縫縱向殘余應(yīng)力大于橫向殘余應(yīng)力,最大焊接殘余應(yīng)力位于靠近熱影響區(qū)的直線(xiàn)段焊縫近表面處。

引入高強(qiáng)度鋼高溫下的力學(xué)性能參數(shù),推導(dǎo)了高強(qiáng)度鋼軸心受壓柱在高溫下的臨界應(yīng)力,進(jìn)而得到高溫下整體穩(wěn)定系數(shù)與臨界溫度。將高強(qiáng)度鋼和普通鋼軸心受壓柱在高溫下的穩(wěn)定系數(shù)和臨界溫度進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果表明:普通鋼軸心受壓柱高溫下的整體穩(wěn)定系數(shù)和臨界溫度不適用于高強(qiáng)度鋼軸心受壓柱,高強(qiáng)度鋼軸心受壓柱整體穩(wěn)定系數(shù)比普通鋼低。使用有限元方法對(duì)文中給出的高強(qiáng)度鋼軸心受壓柱的整體穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證,二者得出的結(jié)果吻合較好。

通過(guò)用盲孔法對(duì)熱軋h型鋼和焊接h型鋼的殘余應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，初步了解了熱軋h型鋼與焊接h型鋼殘余應(yīng)力的狀況。

對(duì)q235試板分別在室溫下進(jìn)行焊接焊后自然冷卻及加熱到300、500、600和650℃進(jìn)行焊接焊后保溫緩冷(即熱焊工藝),用小盲孔法測(cè)量焊接殘余應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用熱焊方法進(jìn)行焊接能夠有效降低焊接殘余應(yīng)力,且加熱溫度越高,焊接殘余應(yīng)力降低效果越好。

采用msc.marc有限元軟件建立了分析模型,分析了板件中熱應(yīng)力分布及其隨時(shí)間變化對(duì)螺栓預(yù)拉力的影響,研究了不同梁高與螺栓數(shù)量的螺栓群承載力變化規(guī)律,并對(duì)螺栓群補(bǔ)擰區(qū)域提出了幾點(diǎn)建議。

采用有限元熱彈塑性分析方法對(duì)t形接頭不同焊接順序的殘余應(yīng)力和變形進(jìn)行模擬.有限元模型中選用三維實(shí)體單元,分析了材料物性參數(shù)隨溫度的變化和對(duì)流、輻射散熱的影響.運(yùn)用單元生死技術(shù)模擬t形接頭多道焊接過(guò)程,獲得了不同焊接順序t形接頭焊接溫度場(chǎng)和殘余應(yīng)力、變形場(chǎng),并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析.結(jié)果表明,焊接順序?qū)形接頭的殘余應(yīng)力和變形有較大的影響,采用先焊一側(cè),然后焊另一側(cè)的方案所得到的殘余應(yīng)力和角變形最小.

采用有限元軟件msc.marc,對(duì)使用高強(qiáng)鋼制造的工程機(jī)械常用局部加強(qiáng)貼板焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬計(jì)算分析。文中分別對(duì)四種不同結(jié)構(gòu)和焊接順序進(jìn)行計(jì)算,對(duì)比分析結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)拘束和焊接順序?qū)附託堄鄳?yīng)力有重要影響,局部加強(qiáng)貼板增加結(jié)構(gòu)拘束度,導(dǎo)致焊接殘余應(yīng)力增大;先焊主結(jié)構(gòu),再焊局部加強(qiáng)貼板,焊接殘余應(yīng)力最大。因此,合適地設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)和焊接順序有利于降低結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力,提高焊接結(jié)構(gòu)的可靠性。

鋼板剪力墻在施工過(guò)程中,為保證安裝精度及避免受力后產(chǎn)生的噪聲問(wèn)題,多選用焊接連接的方式,這將導(dǎo)致內(nèi)填板存在較大的焊接應(yīng)力與變形。通過(guò)建立精細(xì)有限元模型,研究了焊接對(duì)鋼板墻受力性能的影響。計(jì)算結(jié)果表明焊接應(yīng)力與焊接變形在設(shè)計(jì)中不可忽略。首先,以開(kāi)邊洞鋼板墻為例具體分析了施焊順序的影響。在得到最佳施焊方案后對(duì)有、無(wú)焊接作用下開(kāi)邊洞鋼板墻進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),考慮焊接影響時(shí)鋼板墻的極限抗剪承載力與結(jié)構(gòu)延性均有所降低。最后通過(guò)分析開(kāi)邊洞鋼板墻的滯回曲線(xiàn)與能量耗散系數(shù)指出,鋼板墻在進(jìn)入彈塑性階段后具有較好的耗能能力。

研究了大規(guī)格h型鋼產(chǎn)品矯后出現(xiàn)腹板波浪以及切割過(guò)程中出現(xiàn)腹板開(kāi)裂的原因。采用有限元數(shù)值分析和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試相結(jié)合的方法,分析了h型鋼空冷至矯直溫度時(shí)殘余應(yīng)力的分布規(guī)律。結(jié)果表明,現(xiàn)有生產(chǎn)工藝條件下,型鋼冷卻至矯直溫度(80℃)時(shí),腹板上存在著較大的壓應(yīng)力,致使發(fā)生腹板波浪。在腹板和r角的交接部位,殘余應(yīng)力分布極為不均,由壓應(yīng)力向拉應(yīng)力突變,是導(dǎo)致產(chǎn)品切割開(kāi)裂的主要原因之一。

墻板約束對(duì)軸心受壓鋼柱承載力的影響 李明菲李國(guó)強(qiáng)王銀志 （上海天華建筑設(shè)計(jì)有限公司200233）（同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院200092） 摘要:墻板在其平面內(nèi)具有一定的強(qiáng)度，為鋼柱提供了側(cè)向約束，提高了鋼柱的穩(wěn)定性承載能力。本文 利用大型有限元分析程序ansys，對(duì)考慮墻板約束的鋼柱的承載力進(jìn)行了非線(xiàn)性有限元分析。說(shuō)明了墻 板約束對(duì)軸壓鋼柱承載力及破壞形式的影響。并提出了帶有墻板的鋼柱軸心受壓承載力的簡(jiǎn)化計(jì)算模型。 關(guān)鍵詞：　　鋼柱；墻板；破壞形式；簡(jiǎn)化計(jì)算模型； effectsoflightwallpanelsonaxial stresscapacityofsteelcolumns limingfeiliguoqiangwangyinzhi (tianhuaarchit

鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力的影響因素與控制 摘要焊接殘余應(yīng)力對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的剛度、穩(wěn)定性、疲勞性能產(chǎn)生影響。焊接殘 余應(yīng)力的影響因素、控制。 關(guān)鍵詞焊接殘余應(yīng)力；因素；控制 鋼結(jié)構(gòu)焊接是局部被高溫加熱、熔化，加熱區(qū)域受熱膨脹，隨后連續(xù)冷卻收 縮凝固的過(guò)程。過(guò)程中焊件存在應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和變形場(chǎng)及顯微組織狀態(tài)場(chǎng)的變 化，且相互影響。當(dāng)產(chǎn)生的熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、超過(guò)材料屈服極限時(shí)，在焊縫及 近焊縫區(qū)產(chǎn)生拉應(yīng)力和母材的壓應(yīng)力在數(shù)值上達(dá)到自身平衡時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，稱(chēng)為 焊接殘余應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力沿焊縫橫向、縱向及板材厚度方向分布，對(duì)鋼結(jié)構(gòu) 的剛度、穩(wěn)定性、疲勞性能產(chǎn)生影響。 1焊接殘余應(yīng)力的影響因素 1）焊接熱源。焊接時(shí)對(duì)焊件進(jìn)行局部加熱，熱源中心溫度達(dá)1600℃以上， 焊件上每一點(diǎn)距焊縫的距離不同，其溫度在瞬間都在變化，溫度場(chǎng)隨時(shí)改變。且 熱輸入的不均勻性更增加了焊件的溫度梯度，影

在分析t形接頭焊接溫度場(chǎng)的時(shí)候，要充分利用單元死活技術(shù)以及橢球形移動(dòng)熱源模型。然而在分析焊接順序?qū)形接頭焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響的時(shí)候，要采用數(shù)值模擬的方法，來(lái)研究其中相關(guān)的數(shù)值。在多道焊、分段焊以及多層焊中，主要采用不同的方法來(lái)研究其中出現(xiàn)焊縫的區(qū)域。并且能夠分析其中的降低效果。本文主要從分段焊、多層焊以及多道焊的焊道順序來(lái)分析t形接頭焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響。