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岩土研究院

460钢材焊接箱形截面

299 2021-07-05 10:53:11

图2-46 汇总了所有460MPa钢材试件截面的残余应力分布及数值。由图2-46 可知该类截面的残余应力分布呈现如下特点∶

(1)残余应力分布形状与普通强度钢材的完全类似,即焊缝附近区域(四个角点)为残余拉应力,截面板件中部一定区域为大小基本恒定的残余压应力。

(2)大部分试件的残余拉应力数值小于钢材屈服强度。残余压应力的数值随板件宽厚比的增大而明显减小。

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下文将根据上述试验结果全面分析板件宽厚比、板件厚度、人为操作误差以及截面各板件相关性等对 460MPa 钢材焊接箱形截面残余应力分布的影响。

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(2)板件厚度的影响

试件 RB1-460 和 RB2-460 的板件宽厚比完全相同(h0/t=8)但板件厚度不同,分别为10mm 和14mm (见图2-41和表2-12)。通过对比二者的残余应力分布研究板件厚度的影响。图2-49 汇总了两个试件的测量结果,可以看出二者无论是分布形状还是残余应力数值都非常接近;二者板件中部的残余压应力平均值仅相差 0.6%。考虑到该组对比试件板厚差别较小,仅有一组对比结果并不能完全说明板厚对残余应力分布的影响;而且当焊接热量输入一定时,板件宽厚比相同,板件厚度较大的截面其残余压应力的分布面积也更大,因而数值应变小;上文焊接工字形截面残余应力试验的分析结果也验证了这一基本概念。为了进一步分析板厚对焊接箱形截面残余应力的影响,本书将试件 RB5-460 中试件 RES-29 的残余压应力数值进行对比,如图2-49(b)所示。二者的钢材均为 460MPa钢材,板件宽厚比分别为25.5和29.1,板厚分别为12mm 和4.5mm。尽管前者的宽厚比较小,但因板厚较大,其残余压应力比后者要小62.3%。因此,可以认为板件厚度对460MPa钢材焊接箱形截面残余压应力的数值有明显的影响。在宽厚比一定的情况下,板厚越大,残余压应力越小,反之则越大。

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(3)人为误差的影响

为了衡量测量过程中的人为误差因素,试验由两名不同的操作人员对同一个试件(RB5-460)的残余应力进行测量,结果如图2-50 所示。其中操作人员Ⅱ仅对该试件的 3块板件进行了测量。表2-13 中 RB5-460 是操作人员Ⅰ的测量结果,RB5"-460 是操作人员Ⅱ的测量结果。从图2-50 中可以看出,两名不同操作人员的测量结果无论残余应力分布形式还是数值都非常接近;其中板件残余压应力的平均值相差3.4%,焊缝附近的最大残余拉应力数值相差2.5%。这表明采用分割法得到的残余应力测量结果因人为操作因素导致的误差非常小,这一传统测量方法非常可靠。

(4)截面板件的相关性

利用式(2-9)对所有6 个箱形截面试件的不平衡应力σ.,进行计算,并将计算结果汇总于图2-51。可以看出不平衡应力数值都非常小,截面每块板件的不平衡应力与钢材屈服强度的比值基本小于2%~5%。因此可以认为 460MPa 钢材焊接箱形截面的残余应力在每块板件上基本可以实现独立自平衡;现有针对普通强度钢材焊接箱形截面的残余应力分布模型也满足这一条件。

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