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岩土研究院

​960MPa钢材焊接箱形截面

343 2021-07-05 10:47:30

基于分割条带前后记录的手持应变仪读数,计算得到了 3 种焊接箱形截面试件沿全截面分布的残余应力数值和分布状态,如图2-52 所示。图中数据点在截面上的位置即对应分割条带的位置;由于内部空间不够无法测量,试验只给出了板件外侧的残余应力测量数据。

根据图 2-52,960MPa 钢材焊接箱形截面的残余应力分布主要呈现如下特点∶(1)残余应力分布形状与普通强度钢材及 460MPa 钢材的完全类似,即焊缝附近 (四个角点)区域为残余拉应力,截面板件中部一定区域为分布接近均匀的残余压应力。

(2)焊缝附近区域的最大残余拉应力远小于钢材的屈服强度。靠近角部的残余拉应力数值相对偏小,可能是由于该处板件内外侧残余应力差别较大,但试验只测得了外侧的数值。此外残余压应力数值随板件宽厚比的增大明显减小。

根据图2-52 的试验测量结果,960MPa 钢材焊接箱形截面的残余应力分布也可以分别绘制为如图 2-47 所示的形状,具体的参数含义详见本章 2.3.2.1 节的相关内容。表2-14 汇总了各个试件主要残余应力的数值,以便于后续的定量分析;表中残余应力数值是板件外侧数据。

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下文将根据上述试验结果分析板件宽厚比、截面板件间相关性以及钢材强度对960MPa钢材焊接截面残余应力分布的影响。

(1)板件宽厚比的影响

图2-53(a)、(b)分别汇总了3 个960MPa钢材焊接箱形截面试件板件中部残余压应力(σ。)和焊缝附近最大残余拉应力(σ)随板件宽厚比的变化情况。前者随板件宽厚比的增大明显减小,后者则与截面尺寸没有直接的关系。这一结论与第1章国外少量残余应力试验的总结分析及本章2.3.2.1 节针对 460MPa钢材焊接箱形截面试件试验研究得到的结论相似,然而目前规范中针对普通强度钢材的残余应力分布模型并没有考虑截面尺寸这一重要的影响因素。

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(2)截面板件的相关性

利用式(2-9)对3 个焊接箱形截面试件的不平衡应力 σ.,进行计算,结果如图2- 54 所示。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都小于3%。因此可以认为 960MPa 钢材焊接工字形和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;这与前面的试验研究结论以及目前国内外大部分规范采用的分布模型的假定是一致的。

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(3)钢材强度等级的影响

箱形截面试件 RB1-960 与 460MPa钢材试件 RB2-460 具有相同的截面尺寸(见表2-12),但钢材强度等级不同。二者的残余应力测量结果如图2-55 所示,可以看到分布形状同样非常接近;试件 RB2-460 板件中部的残余压应力均值(σ。) 比试件 RB1-960 的应力值小 20.3%,前者焊缝处的最大残余拉应力值(σ。)比后者小 35.2%。因此,对于这组焊接箱形截面对比试件,残余压应力和拉应力数值均随着钢材强度等级的提高而提高,后者仍远小于钢材屈服强度。这一结论还需要更多的试验数据进行验证。

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综上所述,960MPa 钢材焊接箱形截面的残余应力分布特征与 460MPa 钢材的基本相同。由于试件数量有限,需要对更多试验结果进行对比分析,以获得具体应力数值的取值及其变化规律。