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q690-q460混合钢种焊接工字形截面残余应力研究

Q690-Q460混合钢种焊接工字形截面残余应力研究

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作者：潘延晖重庆大学

学位级别：硕士

混合钢种的应用能高效利用材料性能、减少建筑结构工程用钢量,从而提高经济效益。国内外已有学者对混合钢种工字梁的受力性能展开了研究,但针对其残余应力的研究较少。本文在国家重点研发计划《高性能结构钢配套的连接材料和相应的连接... 详细信息

混合钢种的应用能高效利用材料性能、减少建筑结构工程用钢量,从而提高经济效益。国内外已有学者对混合钢种工字梁的受力性能展开了研究,但针对其残余应力的研究较少。本文在国家重点研发计划《高性能结构钢配套的连接材料和相应的连接技术》(2018YFC0705505)资助下,开展了对q690-q460混合钢种工字形截面残余应力分布模式的试验和数值研究。主要内容及成果如下:通过材性拉伸试验,得到了q460和q690钢材的本构关系。分别采用混合气体保护焊和埋弧焊两种焊接方法,对q690-q460混合钢种焊接十字接头开展了焊接工艺评定试验研究,得到了焊接接头拉伸性能、冲击性能、硬度均能满足规范要求,且焊道熔合较佳的焊接方案。采用切条法测量了8个q690-q460混合钢种工字形截面的残余应力,研究了板件几何尺寸对残余应力的影响。结果表明:各试件满足截面内力自平衡,但不符合板件内力自平衡;残余拉应力最大值出现在腹板焊缝处,接近0.9倍腹板屈服强度;翼缘压应力随翼缘宽厚比的增大而减小,当宽厚比从4.5增大至12.1时,压应力从0.09倍屈服强度减小至0.05倍屈服强度;腹板压应力随腹板高厚比的增大而减小,当高厚比从12.5增大至30.7时,压应力从0.10倍屈服强度减小至0.06倍屈服强度。将国内外两工字形截面残余应力统一分布模式与本文试验结果对比发现,其残余应力分布与试验结果相差较大,不适用于混合钢种截面。建立q690-q460混合钢种工字形截面残余应力三维热弹塑性有限元模型,对残余应力进行了截面尺寸的参数分析。结果表明:当翼缘宽厚比从4.0增大至21.5时,翼缘压应力减小了60.4%;当腹板高厚比从10.0增大至60.0时,腹板压应力减小了46.3%。结合试验结果,提出了q690-q460混合钢种工字形截面残余应力分布模式。为验证其适用性,采用不同残余应力分布模式进行极限抗弯承载力数值分析,并与已有混合钢种工字梁抗弯性能试验结果比较,发现本文残余应力分布模式的计算误差最小,仅为6.0%。基于数值分析研究了不同残余应力分布模式对混合钢种工字梁整体稳定承载力的影响。结果表明,整体稳定承载力受残余应力分布模式中翼缘压应力的影响,当翼缘压应力相差190.9 MPa时,承载力的差别高达9.6%。

关键词： q690-q460混合钢种焊接工字形截面残余应力分布模式整体稳定承载力

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