“Y”型圆管焊缝交叉相贯节点的试验研究(I)

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1、重庆大学硕士学位论文“Y”型圆管焊缝交叉相贯节点的试验研究姓名：李林申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：崔佳2010-05中文摘要摘要钢管结构构造简洁，造型优美，是许多大空间、大跨度建筑如体育馆、地铁站、机场航站楼、展览馆、大型工业厂房的首选结构形式，在这些钢管结构中不可避免的会出现焊缝交叉的相贯节点。焊缝交叉部位由于多次施焊，焊接区反复受热，将产生较大的焊接残余应力，特别是若焊缝区域存在三向同号应力场时，结构受力后，由于节点材料的塑性变形发展受到限制，将增加材料的脆断倾向，甚至使节点产生脆性破坏。而且在交叉焊缝及其附近主体金属的残余应力通常会达到钢材的屈服

2、点，此部位也正是形成和发展疲劳裂纹最为敏感的区域。以往相贯焊缝的研究尚不多，更没有专门针对圆管焊缝交叉相贯节点的试验研究，也没有相关资料可供参考，因此，研究“Y”型圆管焊缝交叉相贯节点的变形和受力性能是十分必要的。本文先通过有限元软件ANSYS模拟“Y”型圆管相贯节点，初步得到节点区域应力、变形的分布情况和变化规律以及节点的极限承载力，然后进行三个试件的模型试验。主要的研究内容及结论如下：①通过有限元建模，分析节点的Mise应力云图与塑性区扩展过程以及破坏模式；采用弧长法，算出了节点的荷载—支管轴向位移曲线，依据失效准则，得出节点的极限承载力。②采用超声波探伤仪对

3、节点区域对接环焊缝进行跟踪检测，以了解焊缝内部缺陷受力后的发展过程；通过检测可知，对接焊缝受竖向静压力影响较小。③在节点区域适当位置布置应变测点，以了解节点区域应力应变分布情况和变化规律；根据实测数据结合有限元分析，得出节点区域残余应力的分布曲线；结果表明，横向和环向残余应力的分布较复杂，存在拉压的转变。④在节点区域适当位置布置位移测点，以了解节点变形过程，依据失效准则，得出节点的极限承载力。通过试验数据与有限元结果对比分析，可知交叉焊缝对节点的静力承载力没有太大的影响。⑤通过破坏试验，观察节点的最终破坏模式和残余变形，结合实测试验数据判定节点区域的薄弱部位，并为

4、以后工程设计提供试验依据。关键词：钢管桁架，节点试验，交叉焊缝，极限承载力，破坏模式I英文摘要ABSTRACTThesteeltubularstructure,whichisbriefconstructionandbeautifulappearance,isthefirstchoiceforlarge-spanspacestructures,suchasgymnasium,airportterminal,subwaystations,andlargeindustrialbuildings.Thejointswithcrossweldsoccuringinthese

5、steeltubularstructuresareinevitably.Meanwhile,theweldingprocessarecarriedoutmanytimesatthecrosssitewiththewelddistrictbeingheatedrepeatly,whichwillproducelargerweldingresidualstress.Especiallynearbythecross-weld,therewillbethreedimensionalstresseswhichareinthesamedirection,andduetothe

6、plasticdeformationdevelopmentofthematerialatthejointsislimited,itwillincreaseitsbrittlefracturetendency,evencausesthebrittlefailureatthejoints.Usually,theweldingresidualstresswillreachthesteelyieldpointatthecrosssiteandthenearbymainmentalwhereisthemostsensitiveareasoftheformationandde

7、velopmentoffatiguecrack.Itaffectstheultimatecapacityofthejointandreducesthestructure'ssafetyproperties.Therearenostudiesonthecrossweldinthepast,almostnoteststudiesonthecrossweldoftubularjointsandnorelatedreferencematerial.Therefore,itisnecessarytostudytheeffectofweldingresidualstresso

8、fcros