天津津塔钢板剪力墙焊接应力监测与数值模拟

天津津塔为采用钢板剪力墙系统的超高层钢结构建筑,考虑到结构的特殊性和施工过程对结构应力状态造成的影响,在两种类型钢板墙的重要位置布置了传感器,对施工过程进行了应力监测。通过改变焊接顺序和焊接速度监测了剪力墙焊接应力场及残余应力场的变化;同时采用间接和直接的耦合分析方法分别对结构的应力状态和热效应进行了有限元模拟。在分析中采用了单元生死技术模拟焊接过程对结构的温度和应力场的影响,与温度场和应力场监测结果的对比分析证实了有限元模拟的有效性。不仅为天津津塔结构的性能评价和施工方法提供了依据和建议,对其他钢板剪力墙结构的设计与施工也具有参考价值。     

平板对接焊的温度场和应力场有限元分析

针对中厚板在焊接过程中存在残余应力和变形,运用ANSYS热-结构的耦合分析功能,对焊接温度场和应力场进行了模拟计算。结果表明,焊缝区及附近存在较大的焊接残余拉应力,应力最大值接近或超过材料的屈服强度,离开焊缝区后焊接残余应力迅速衰减为压应力。     

栓焊混合连接狗骨式梁柱钢节点残余应力有限元分析

焊接作为结构连接的一种重要形式被广泛应用于钢结构中.焊接过程中由于温度梯度产生的焊接残余应力,给实际工程安全带来很大的威胁,所以研究钢结构在焊接过程中产生的残余应力是十分必要的.利用有限元数值模拟软件ANSYS建立狗骨式梁柱节点顶底角钢、焊缝、螺栓混合连接的三维有限元模型,模拟梁柱节点焊接的温度场,在热弹塑性理论基础上求解焊接残余应力.结果表明：构件在焊接过程中主要受拉,并且在不同位置的应力各不相同.由于狗骨式节点的存在,削弱了节点对梁部分的约束.在梁上翼缘螺栓上出现焊接残余应力的最大值,在腹板角钢与柱连接的中间螺栓处出现最小值.这与规范中的规定基本相符.     

组合热源电弧焊残余应力数值模拟

用大型有限元分析软件ANSYS,对钢材平板坡口电弧焊的温度场和应力场进行数值模拟。有限元模型选用三维实体单元,考虑材料物理性能随温度变化和对流边界等。采取表面高斯热源与焊缝区体热源相结合的组合热原模型模拟电弧焊的焊接热源。获得了三维电弧焊的焊接温度场和残余应力场,并对计算结果进行了分析,为准确求解焊缝强度、变形及指导钢结构施工设计和合理利用残余应力奠定了理论基础,提供了一种新的思路。     

钢管相贯K型节点焊接残余应力的数值模拟与试验分析

钢管相贯焊接节点是空间钢管桁架的常见连接方式,为了深入研究钢管相贯节点的极限承载力和疲劳寿命,对K型钢管相贯节点的残余应力进行了分析。针对K型钢管相贯节点焊接时的热应力特征,通过对焊接过程中加热与冷却温度场的正确描述,并采用相应的热传导数学和物理模型,进行温度场和应力场的耦合计算。计算中考虑了钢材热物理参数和力学参数随温度变化的非线性性能,得到的残余应力和残余变形分布规律与K型钢管相贯节点试验的破坏形态吻合较为理想,据此提出焊接热损伤对节点破坏形式有一定影响的观点。     

钢结构焊接残余应力分析

在钢结构中一个比较重要的施工工艺就是焊接技术,焊接关系到结构的安全性能和工程质量的好坏。焊接时产生的残余应力是由于高度集中的热输入导致的,正因为残余应力会影响到工程的质量,所以加强对钢结构焊接残余应力分析具有重要的现实意义。     

不等厚钢板对接焊缝焊接残余应力研究

为研究钢结构桥梁中不等厚钢板对接焊缝焊接残余应力的大小及分布规律,文中采用ABAQUS模拟软件,建立了16 mm厚与24 mm厚Q345qD钢板对接多层焊三维有限元模型,通过顺序耦合的方法对焊接过程进行了模拟,并将模拟得到的应力场结果与盲孔法试验结果进行对比验证。结果表明沿垂直于焊缝路径上,纵向残余应力在远离热影响区表现为压应力,而在热影响区表现为拉应力,较薄钢板一侧的纵向残余应力略小于较厚钢板一侧的残余应力。横向残余应力一致表现为拉应力,其分布规律具有明显的不对称性。在平行于焊缝路径上,纵向残余应力变化明显,呈现为拉-压交替的分布形式,横向残余应力在焊缝两端表现为压应力,且向试件中心逐渐过渡为拉应力。     

浅析钢结构焊接变形与残余应力控制方法

焊接是钢结构连接中常用的一种连接方式,焊缝的质量将直接影响结构整体性能,在焊接过程中产生的焊接变形和残余应力对结构的安全和可靠性有着重大的影响。文章简要分析了焊接变形和残余应力产生的原因,并对控制焊接变形和残余应力的方法进行综合论述。     

某超高层巨型转换桁架焊接残余应力数值模拟应用研究

焊接是钢结构制作和施工过程中最常用的连接技术之一。焊接残余应力会导致结构变形和刚度降低,影响结构安全和施工质量,采用数值模拟方法预测大型钢结构的焊接残余应力对确定焊接工艺以及设计强度校核均具有重要意义。采用串形热源模型,以天津高银117大厦巨型转换桁架为研究对象,研究了转换桁架斜腹杆焊接拼装顺序对转换桁架焊接接头残余应力和转换桁架结构整体焊接残余内力的影响,对确定实际焊接施工顺序和工艺起到了定量指导作用。     

扁平钢箱梁U肋焊接残余应力数值模拟分析

已建成的扁平钢箱梁桥在运营过程中发现一些与结构、构造和制造相关的病害,并且随着服役时间的增长越来越突出。其原因是扁平钢箱梁结构采用薄板组焊而成,因此,扁平钢箱梁在未受力之前,便已存在着由于焊接所产生的应力场和变形场,导致扁平钢箱梁普遍出现裂纹等病害。运用热结构耦合法对扁平钢箱梁U肋与桥面板交接处焊接的温度场和应力场进行数值模拟计算分析,并得到焊接残余应力的分布规律,为进一步分析结构病害与加固设计提供依据。     

焊接残余应力对钢框架梁柱节点抗震性能影响研究

以钢框架梁柱节点为研究对象,利用ABAQUS有限元分析软件"生死单元"功能模拟了瞬态焊接过程,得到了焊接温度场的分布,采用顺序耦合法得到了焊接应力场的分布。在此基础上,针对有、无考虑焊接残余应力的两种有限元模型,分析了焊接残余应力对节点的滞回性能和断裂性能的影响。研究结果表明,焊接残余应力对钢框架梁柱节点的影响明显,在设计和施工时应予以注意并采取相应的防范措施。     

用热浸锌部分消除焊接钢管结构残余应力试验研究

焊接钢结构中的残余应力对结构延性有害,一般采用多种附加措施来部分消除残余应力.为考察热浸锌对部分消除残余应力的作用,利用盲孔法,对比测量了焊接钢管结构中3种典型的焊接节点在热浸锌前后的残余应力,介绍了衡量残余应力消除效果的3个评价指标,分析了热浸锌前后残余应力的变化及其原因.研究表明,热浸锌对部分消除构件焊接残余应力具有积极作用,且不要附加投资.最后,给出了钢结构加工过程中的一些建议.     

正交异性钢桥面板焊接残余应力研究及其对疲劳开裂的影响

文章在有限元软件ANSYS中建立正交异性钢桥面板的3D实体模型,使用ANSYS的瞬态分析功能对正交异性钢桥面板焊接过程和冷却过程的温度场和应力场进行模拟分析。使用英国桥梁规范BS5400规定的标准疲劳车荷载和相应的应力循环S-N曲线公式作为计算标准,对所建模型先进行静力分析,确定了易发生疲劳破坏的部位。分析无焊接残余应力下所建模型的疲劳寿命和有焊接残余应力影响下相同模型的疲劳寿命,并将结果进行对比,得出了焊接残余应力使其疲劳寿命显著减少的结论。     

锤击处理对提高焊接接头疲劳强度的作用

目前,工程机械、桥梁、建筑结构中承受疲劳荷载的钢结构,广泛采用焊接连接。焊接结构连接具有施工简单和快速的优点。但焊接接头处往往残存着很高的残余应力,这些应力是在火焰切割、焊接和变形校正过程中产生的。残余应力的存在,使接头疲劳强度降低40～50%,导致结构过早疲劳破坏。为了避免残余应力的不利影响,常采用退火消除应力的措施,     

焊接应力与损伤对钢框架梁柱节点抗震分析

以钢框架梁柱节点为研究对象,利用ABAQUS有限元软件"单元生死"功能,使用Fortran编辑DFLUX子程序,模拟瞬态焊接过程,得到温度场的分布,采用顺序耦合法,得到焊接应力场的分布。在此基础上,针对有无考虑焊接残余应力以及损伤模型的四种有限元模型,分析焊接残余应力及损伤对节点滞回性能和断裂性能的影响。研究结果表明,焊接残余应力与损伤模型对钢框架梁柱节点影响明显,在设计和施工时应予以注意,并采取相应的防范措施。     

高温焊接温度场及应力场的数值模拟

建立了高温焊接工艺数值模拟模型,对在不同温度下高温焊接的温度场和焊接残余应力场进行了数值模拟。结果表明:500℃,600℃和700℃温度下高温焊接焊缝中心点上纵向残余应力相对于常温焊接的降低幅度分别为:57.3%,73.1%和81.3%,横向残余应力的降低幅度分别为:17.6%,36.9%和63.8%;高温焊接使得应力场的分布趋于均匀化,温度越高,应力分布也越均匀。     

残余应力对钢管-焊接空心球节点疲劳强度的影响分析

以钢管-焊接空心球节点为研究对象,运用有限元分析软件ANSYS,采用相应的物理模型,考虑了钢材物理参数及力学参数随温度变化的非线性性能,采用生死单元技术对焊接过程中加热及冷却温度场的正确模拟,得出焊缝在不同时间段的焊接温度分布,将热单元转化为结构单元,得出焊缝在各时间段的应力分布,说明采用ANSYS软件模拟焊缝的焊接过程是可行的。分析残余应力对构件疲劳强度的影响,提出减小残余应力的措施。     

焊接加固热作用对工形截面压弯钢构件承载性能的影响

为研究焊接加固热作用及不同初始负载对工字形压弯钢柱承载性能的影响,基于考虑热影响的热结构耦合分析方法进行了热源模型热输入改进,并考虑初始几何缺陷、初始残余应力及摩擦等,完成了不同负载下焊接加固的3个工字形压弯钢柱的模拟分析。研究了焊接位移时程、腹板应力应变重分布及荷载位移关系,通过有限元分析与相应试验结果对比验证,进而获得了试验无法获得的焊接温度场、翼缘与加固板间的焊接应力应变重分布以及翼缘边缘屈服承载力等结果,并将承载力结果与规范计算结果对比,考察了现有设计方法。结果表明,焊接顺序决定焊接变形的发展过程,焊接热输入和初始负载共同决定持载焊接的位移变化范围和焊接残余变形的大小;初始负载越大,应力应变重分布往偏心受力方向发展更多,承载力越低,而初始残余应力不影响极限承载力;采用考虑热影响的有限元方法具有一定可行性和总体安全性,规范设计方法仍有可提升空间。     

冷凝罐接管与筒节焊接应力的有限元分析

通过ANSYS有限元软件,对冷凝罐接管与筒节多层焊的焊接过程进行了数值模拟。针对接头的马鞍形空间轨迹特点,编写了沿焊道移动的热源方程,并采用逐层激活与逐步激活的生死单元技术实现了接头的熔敷过程模拟,使模拟与实际施焊过程相符。通过模拟研究了焊接过程动态温度场、应力场和焊接残余应力的分布状况。结果表明:焊接残余应力主要集中在接头的焊缝区和热影响区,周向应力与径向应力均在内层焊道中较高。在焊缝外表面沿接管周向应力为拉伸应力,其余为压应力,内表面三向均为拉伸应力。筒节一侧的焊趾与焊根部位应力较高,且为三向拉伸应力,是裂纹易发部位。文中所建立的沿马鞍形轨迹移动的热源方程可用于该类接头的焊接过程研究。     

有关钢焊接的文献

<正>焊接残余应力对P92钢IV型蠕变开裂的影响/姜运建,等.焊接学报,2011,32(1):16-20.P92钢焊接接头在高温长时服役条件下易于在细晶热影响区(FGHAZ)或临界热影响区(ICHAZ)产生IV型裂纹。但对于IV型开裂的机理,至今尚未达成一致认识。为了科学地认识IV型开裂,文中采用大型有限元软件ABAQUS对P92钢焊接接头的温度场、应力场以及蠕变进行了有限元模拟,并且通过X射线测量试验对残余应力模拟值进行了验证。结果表明,通过温度