盾构隧道复合管片接头板焊接的数值模拟研究

焊接变形及残余应力的存在会对焊接构件的应用产生不利影响,进行结构构件焊接变形的高精度预测和残余应力的分布预测具有重要的工程意义。本文针对复合管片接头板构件,利用ABAQUS有限元软件建立复合管片面板及接头板的三维实体模型,同时考虑材料非线性、几何非线性和边界非线性,并基于热-弹-塑性有限元法对接头板四周的焊接进行了模拟,分析了不同焊接顺序、环境温度及拘束状态对接头板焊接变形和残余应力的影响。结果表明:焊接顺序对复合管片接头板的变形有明显影响,采用平行对称焊接,先焊接长焊缝,后焊接短焊缝的顺序可有效降低Z方向的变形量;环境温度会改变构件残余应力的分布,随着环境温度的升高,纵向残余拉应力逐渐较小,距接头板上边缘约140～280 mm范围内的压应力也减小,而其他范围内的压应力呈增大趋势;拘束状态对纵向残余拉应力的影响较小,对纵向残余压应力的分布影响较大,在相距600～840 mm范围内设置两个对称拘束可对焊接变形起到控制作用。