鋼結構殘余應力的影響
2022-11-11 09:05 陜西鋼結構 華邦建設
鋼構件中產生殘余應力的主要原因是鋼材熱軋以及板邊火焰切割、構件焊接和校正調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，焊接殘余應力數值最大，焊接結構中焊縫附近鋼材的殘余應力通常達到或接近受拉屈服強度，對構件彈塑性穩定起降低影響的主要是縱向殘余應力。
熱軋型鋼中殘余應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有關。一般在冷卻較慢的部分為殘余拉應力，在冷卻較快的部分為殘余壓應力。比如較厚的板件以及幾個板件交匯部分，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。截面殘余應力為自平衡應力，所以，其分布還受到全截面內力和內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使肢尖受壓，從內力矩平衡條件得角鋼肢背處也是受壓殘余應力。
板邊焰切和構件焊接也會引起殘余應力，在局部高溫的焰切板邊和焊縫附近鋼材為殘余拉應力，臨近部分為殘余壓應力。焊接構件中殘余應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、鋼材性質以及焊縫大小、焊接工藝和翼緣板邊緣制作方法有關。由焰切板件組成的焊接構件，如果焊縫位于焰切板邊處，焊接高溫使板件焰切殘余應力的大部分釋放，不再影響截面最終殘余應力;如果焊縫位于焰切板的中部，工字形截面的翼緣，焰切殘余應力將抵消一部分焊接殘余應力，而使殘余應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件的截面殘余應力的分布和大小是不同的。
量測殘余應力的方法很多，主要有分割法、鉆孔法、X射線衍射法等。目前在鋼結構中應用較多的是分割法。其基本原理是:將有殘余應力構件的各板件分割成若干窄條，使原始處于自平衡狀態的截面殘余應力完全釋放，量測每一條分割前后的長度變化，從而求出截面殘余應力的大小和分布。這樣測得的殘余應力是各種影響殘余應力的綜合。焊接構件的殘余應力也可以應用非線性熱傳導、熱彈塑性有限單元法分析求得。
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