钢结构残余应力的影响

2022-11-11 09:05 陕西钢结构 华邦建设

　　钢构件中产生残余应力的主要原因是钢材热轧以及板边火焰切割、构件焊接和校正调直等加工制造过程中不均匀的高温加热和不均匀的冷却。其中，焊接残余应力数值最大，焊接结构中焊缝附近钢材的残余应力通常达到或接近受拉屈服强度，对构件弹塑性稳定起降低影响的主要是纵向残余应力。

　　热轧型钢中残余应力在截面上的分布和大小与截面形状、尺寸比例、初始温度、冷却条件以及钢材性质有关。一般在冷却较慢的部分为残余拉应力，在冷却较快的部分为残余压应力。比如较厚的板件以及几个板件交汇部分，如工字形截面腹板与翼缘的交接处，其暴露面积相对较少，冷却速度较慢;较薄板件以及板端和角部，其暴露面积相对较大，冷却速度较快。截面残余应力为自平衡应力，所以，其分布还受到全截面内力和内力矩等于零的条件约束。例如角钢截面的肢尖冷却最快，继而相邻部分冷却时使肢尖受压，从内力矩平衡条件得角钢肢背处也是受压残余应力。

　　板边焰切和构件焊接也会引起残余应力，在局部高温的焰切板边和焊缝附近钢材为残余拉应力，临近部分为残余压应力。焊接构件中残余应力在截面上的分布和大小与截面形状、尺寸比例、初始温度、冷却条件、钢材性质以及焊缝大小、焊接工艺和翼缘板边缘制作方法有关。由焰切板件组成的焊接构件，如果焊缝位于焰切板边处，焊接高温使板件焰切残余应力的大部分释放，不再影响截面最终残余应力;如果焊缝位于焰切板的中部，工字形截面的翼缘，焰切残余应力将抵消一部分焊接残余应力，而使残余应力在焰切边缘处和焊缝处都为受拉而趋于较为均匀。

　　综上所述，不同的热轧型钢和焊接组合构件的截面残余应力的分布和大小是不同的。

　　量测残余应力的方法很多，主要有分割法、钻孔法、X射线衍射法等。目前在钢结构中应用较多的是分割法。其基本原理是:将有残余应力构件的各板件分割成若干窄条，使原始处于自平衡状态的截面残余应力完全释放，量测每一条分割前后的长度变化，从而求出截面残余应力的大小和分布。这样测得的残余应力是各种影响残余应力的综合。焊接构件的残余应力也可以应用非线性热传导、热弹塑性有限单元法分析求得。

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