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岩土研究院

460MPa钢材焊接箱形截面的残余应力分布模型

309 2021-07-05 14:27:09

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(2)分布模型的残余拉应力数值及分布范围

试验研究表明,残余拉应力的数值与截面尺寸没有直接关系,因此这里偏安全地将其取为不随截面尺寸变化的,能够包络试验数据点的常数。

图2-57(a)、(b)分别将所有 460MPa 钢材焊接箱形截面试件翼缘和腹板的残余应力测量结果汇总于 1/2 翼缘板和1/2 腹板上。这里提出的分布模型将焊缝附近的最大残余拉应力统一取为钢材的名义屈服强度,即 460MPa; 对于翼缘,该取值能够包络所有的试验数据点(如图2-57a 所示),对于腹板该值能够包络 90% 以上的试验数据点(如图2- 57b 所示)。可以看出,翼缘板端部的残余拉应力数值比腹板端部的小,这主要是由试件的焊接加工方法 (腹板端部设置单坡口对接焊缝)决定的。此外,根据图2-57 中焊缝附近的残余拉应力分布规律以及上文中关于分布模型对称性的研究,建议焊缝附近区域最大残余拉应力分布于角部区格和附近 hn/20 宽度范围内,其他分布范围可根据几何关系和截面自平衡方程求解。表2-16 汇总了分布模型中残余应力分布范围。

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(3)分布模型的残余压应力数值

试验研究表明,箱形截面板件的残余压应力与板件宽厚比(b/t)和板件厚度(t)有直接关系。根据试验结果的变化规律,这里提出的分布模型仍然采用式(2-16)描述截面板件残余压应力的数值大小。460MPa 钢材焊接箱形截面残余压应力是根据本章的试验测量数据(表2-13)以及文献中3 个460MPa钢材焊接箱形截面试件残余压应力的试验结果(表2-17)进行非线性拟合得到的,并保证拟合公式的计算值能够包络所有试验值。

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表2-18 给出了各个试件按照上述拟合公式计算得到的残余压应力值及其与对应试验结果的比值。其中 α。。为箱形截面板件的残余压应力计算值,采用式(2-25a)计算;为箱形截面板件残余压应力按照式(2-25b)计算得到的数值;σ。,为箱形截面板件残余压应力的试验值(表2-13 中相应数值的平均值以及表2-17)。可以看出,拟合公式的计算值与试验值接近且数值较大,因而更加合理和安全。

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至此,460MPa钢材焊接箱形截面残余应力分布模型的所有参数已经确定。模型分布形状及函数表达式分别见图2-47 及式(2-21)、式(2-22);箱形截面焊缝附近残余拉应力取 460MPa;残余压应力的计算公式见式(2-25),分布范围参数见表2-16。

图2-59 分别对比了本章研究的所有 460MPa 钢材焊接箱形截面试验结果与提出的分布模型。可以看出,二者较吻合,提出的分布模型能够准确地描述此类钢材不同尺寸焊接箱形截面的残余应力分布范围及数值大小,可用于后续构件稳定性能的研究。