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岩土研究院

钢材焊接工字形截面

305 2021-07-05 09:29:22

基于分割条带前后记录的手持应变仪读数,计算得到了3 种截面试件沿全截面分布的焊接残余应力数值和分布状态,如图2-27 所示。图中数据点在截面上的位置即对应分割条带的位置,图形还给出了板件两侧面的残余应力数值及其平均值。

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从图 2-27 的结果可以看出,960MPa钢材焊接工字形截面的残余应力分布主要呈现如下特点∶

(1) 残余应力的分布形状总体与普通强度钢材以及 460MPa 钢材焊接工字形截面的分布形状基本一致,即在焊缝附近区域和翼缘的焰切边出现残余拉应力,翼缘外伸部分和腹板的中部区域为数值均匀的残余压应力,其余部位基本呈线性过渡。这一分布形状主要是由板件下料的焰切过程以及翼缘和腹板连接处的焊接过程决定的,与材料强度无关。

(2)残余应力数值和分布范围随截面尺寸的不同而明显不同。焊缝附近残余拉应力的数值明显小于钢材屈服强度,然而目前在设计规范采用的针对普通强度钢材的残余应力分布模型中最大残余拉应力通常直接取为钢材屈服强度。

(3)试件 RI3-960 的翼缘内外侧表面的残余应力数值差距较明显,这主要是由于截面尺寸过大,焊接后翼缘板内外侧冷却不均匀导致的。

根据图2-27 的试验测量结果,960MPa 钢材焊接工字形截面的残余应力分布同样可以绘制为如图2-20 所示的图形,具体的参数含义详见2.2.2.1 节的相关内容。表2-8 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和讨论。表中残余应力数值均是基于板件两侧面测量结果的平均值得到。

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(2)截面板件的相关性

利用式(2-9)对3 个焊接工字形截面试件的不平衡应力σ.,进行计算,结果如图2- 29 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%。因此本书认为 960MPa 钢材焊接工字形截面的残余应力在每个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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RI1 -960 的小35.7% 和大 18.0%,前者翼缘和腹板的最大残余拉应力值分别比后者小24.9% 和14.4%,前者翼缘焰切边处最大残余拉应力值比后者的小 43.9% 。因此,焊接工字形截面的残余压应力数值与钢材强度没有明确的关系,这主要是因为残余压应力的产生源自于焊接后焊缝处高温区域冷却形成的,形成过程与钢材强度等级没有直接关系;但残余拉应力随着钢材强度等级的提高有所提高,且仍远小于钢材屈服强度。

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

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