焊接残余应力对BS700槽形对焊箱形截面构件稳定性的影响研究

作者：高磊; 王靖文; 白林越; 刘虎

来源：钢结构(中英文), 2022, 37(11): 24-30.

DOI：10.13206/j.gjgS22072601

• BS700高强钢
• 槽形对焊箱形截面
• 残余应力
• 非线性有限元屈曲分析
• 轴压构件
• 稳定系数

高强钢因其可降低结构用钢量和资源消耗，在越来越多的工程中得到了应用，但有关高强钢构件稳定性的研究还比较缺乏，而残余应力又是影响构件稳定性的重要因素。BS700高强钢(名义屈服强度为700 MPa)由于没有型钢，采用先把钢板冷弯成槽形截面构件，然后对焊形成箱形截面构件，而焊接会使构件截面产生残余应力，目前还比较缺乏有关焊接残余应力对BS700槽形对焊箱形截面构件稳定性影响方面的研究。为此对这一问题借助试验和数值分析的方法展开了研究，以期了解残余应力对BS700槽形对焊箱形截面构件稳定性的影响。通过材料拉伸试验，得到了BS700高强钢材料的力学性能参数和构件开孔时的应力释放系数，运用盲孔法对BS700槽形对焊箱形截面构件中部截面的残余应力进行了测试，得到了其截面上相关点位的残余应力值，结合已有研究成果，提出了BS700槽形对焊箱形截面构件残余应力分布模式；借助有限元分析软件ANSYS利用其APDL可编程语言编写了可引入几何缺陷和残余应力的非线性屈曲分析模型，利用该模型对长细比分别为15、20、30、40、50、60、70、80、90、100,截面宽厚比分别为10、15、20、25、30、35、40、50共计68个构件区分有、无残余应力进行了非线性屈曲分析，研究了不同宽厚比和不同长细比条件下残余应力对BS700槽形对焊箱形截面构件稳定性的影响。通过研究发现，在焊缝处及箱形截面弯角处存在残余拉应力，其余各处为残余压应力。焊缝处最大残余拉应力数值约为屈服强度的0.76,腹板中部位置的最大残余压应力数值约为屈服强度的0.14。在已有研究的基础上提出了折线型的残余应力分布模式，与试验结果对比吻合较好；残余应力对不同宽厚比条件下的构件稳定系数均有影响，总体趋势是随着宽厚比的增加，残余应力的影响逐渐减小，主要原因是在大宽厚比条件下构件呈现局部板件弹性屈曲的现象；残余应力对不同长细比条件下的构件稳定系数均有影响，但在长细比较小或较大时影响相对较小。在长细比位于20～70之间时，残余应力对构件稳定系数的影响较大。通过对比发生板件局部屈曲时的临界长细比发现，二者有重合之处，说明按照常用的等稳定性设计时，这些中等长细比范围内的构件对残余应力相对比较敏感，因此，在构件稳定性设计过程中，需注意这一影响因素。

• 单位
  野战工程学院; 中国人民解放军陆军工程大学