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鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的影響
2022-11-11 09:05 陜西鋼結(jié)構(gòu) 華邦建設(shè)
鋼構(gòu)件中產(chǎn)生殘余應(yīng)力的主要原因是鋼材熱軋以及板邊火焰切割、構(gòu)件焊接和校正調(diào)直等加工制造過程中不均勻的高溫加熱和不均勻的冷卻。其中，焊接殘余應(yīng)力數(shù)值最大，焊接結(jié)構(gòu)中焊縫附近鋼材的殘余應(yīng)力通常達(dá)到或接近受拉屈服強(qiáng)度，對構(gòu)件彈塑性穩(wěn)定起降低影響的主要是縱向殘余應(yīng)力。
熱軋型鋼中殘余應(yīng)力在截面上的分布和大小與截面形狀、尺寸比例、初始溫度、冷卻條件以及鋼材性質(zhì)有關(guān)。一般在冷卻較慢的部分為殘余拉應(yīng)力，在冷卻較快的部分為殘余壓應(yīng)力。比如較厚的板件以及幾個(gè)板件交匯部分，如工字形截面腹板與翼緣的交接處，其暴露面積相對較少，冷卻速度較慢;較薄板件以及板端和角部，其暴露面積相對較大，冷卻速度較快。截面殘余應(yīng)力為自平衡應(yīng)力，所以，其分布還受到全截面內(nèi)力和內(nèi)力矩等于零的條件約束。例如角鋼截面的肢尖冷卻最快，繼而相鄰部分冷卻時(shí)使肢尖受壓，從內(nèi)力矩平衡條件得角鋼肢背處也是受壓殘余應(yīng)力。
板邊焰切和構(gòu)件焊接也會引起殘余應(yīng)力，在局部高溫的焰切板邊和焊縫附近鋼材為殘余拉應(yīng)力，臨近部分為殘余壓應(yīng)力。焊接構(gòu)件中殘余應(yīng)力在截面上的分布和大小與截面形狀、尺寸比例、初始溫度、冷卻條件、鋼材性質(zhì)以及焊縫大小、焊接工藝和翼緣板邊緣制作方法有關(guān)。由焰切板件組成的焊接構(gòu)件，如果焊縫位于焰切板邊處，焊接高溫使板件焰切殘余應(yīng)力的大部分釋放，不再影響截面最終殘余應(yīng)力;如果焊縫位于焰切板的中部，工字形截面的翼緣，焰切殘余應(yīng)力將抵消一部分焊接殘余應(yīng)力，而使殘余應(yīng)力在焰切邊緣處和焊縫處都為受拉而趨于較為均勻。
綜上所述，不同的熱軋型鋼和焊接組合構(gòu)件的截面殘余應(yīng)力的分布和大小是不同的。
量測殘余應(yīng)力的方法很多，主要有分割法、鉆孔法、X射線衍射法等。目前在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多的是分割法。其基本原理是:將有殘余應(yīng)力構(gòu)件的各板件分割成若干窄條，使原始處于自平衡狀態(tài)的截面殘余應(yīng)力完全釋放，量測每一條分割前后的長度變化，從而求出截面殘余應(yīng)力的大小和分布。這樣測得的殘余應(yīng)力是各種影響殘余應(yīng)力的綜合。焊接構(gòu)件的殘余應(yīng)力也可以應(yīng)用非線性熱傳導(dǎo)、熱彈塑性有限單元法分析求得。
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