钢板剪力墙焊接残余应力及滞回性能研究

摘要

随着我国高层钢结构建筑的增多，钢板剪力墙以高侧向刚度，良好的延性、耗能能力和高安全储备等优点提供了一种新型、有效的选择。但钢板剪力墙中的焊接残余应力使结构容易发生脆性破坏、疲劳破坏，并降低结构的承载力和整体稳定性，影响结构抗震性能，造成严重危害。影响焊接残余应力的主要因素是焊接工艺，不同焊接工艺产生的焊接残余应力大不相同。因此，本文就钢板剪力墙焊接工艺及滞回性能的研究，具有重要意义。
　　本文通过研究焊接顺序这一主要影响焊接残余应力的焊接工艺参数，选取合理的焊接顺序，并分析残余应力对钢板剪力墙滞回性能的影响，为钢板剪力墙的设计和施工提供参考。主要内容分为以下三个方面:
　　(1)建立无开洞、开洞和开洞有斜撑三种不同形式钢板剪力墙ABAQUS数值分析模型，在ABAQUS中用DFLUX子程序导入单椭球热源模型，模拟焊接过程，由此得出各焊接顺序下的温度场和应力场。经过对比可知，先焊横向焊缝后焊竖向焊缝顺序下的残余应力要小于先焊竖向焊缝后焊横向焊缝顺序。
　　(2)进行钢板剪力墙焊接试验，分析各测点应力数据可知，各测点在施焊过程中，瞬时应力和残余应力均有较大变化，不同焊接顺序对各测点的应力变化以及数值造成不同影响;将模拟值与实测值作对比，发现两者在施焊过程中变化规律相似，无开洞钢板剪力墙数据较开洞钢板剪力墙吻合程度好。同时，试验过程中采取择优选取剪力墙板、把控施焊过程等措施减小人工误差，保证了实测值的准确性。
　　(3)对钢板剪力墙做不同焊接顺序下以及有无残余应力情况下的滞回性能数值分析。结果表明，先焊横向焊缝后焊竖向焊缝顺序下的滞回性能要好于先焊竖向焊缝后焊横向焊缝顺序，在无开洞钢板剪力墙中表现明显;残余应力会降低结构的承载力，并使结构提早进入破坏阶段，对无开洞钢板剪力墙的影响大于开洞钢板剪力墙和开洞有斜撑钢板剪力墙;三种形式钢板剪力墙能量耗散系数均接近2，能量耗散能力均良好。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外发展与研究现状

1．2．1 钢板剪力墙在我国的研究进展

1．2．2 焊接应力数值模拟在我国的研究进展

1．2．3 我国钢板剪力墙现行设计理论

1．2．4 钢板剪力墙在国外的研究进展

1．2．5 焊接应力数值模拟在国外的研究进展

1．3 目前存在问题及本文创新

1．4 本文主要工作内容

2 钢板剪力墙焊接工艺和温度场分析

2．1 热分析的理论基础

2．1．1 热量传递方式

2．1．2 热传导微分方程

2．1．3 热边界条件

2．2 焊接工艺

2．2．1 焊接热源

2．2．2 焊接参数

2．2．3 分段退焊法

2．3 温度场数值模型的建立

2．3．1 焊接热过程的复杂性

2．3．2 热源模型

2．3．3 有限元模型的建立

2．4 焊接热循环结果对比

2．4．1 初始和最终温度场分布

2．4．2 焊接完毕时温度场分布对比

2．5 顺序耦合法求解残余应力场的有限元模拟流程

2．6 本章小结

3 焊接残余应力数值模拟研究

3．1 焊接残余应力理论基础

3．2 单元生死

3．3 应力场数模拟结果分析

3．3．1 开洞钢板剪力墙应力场数值模拟结果分析

3．3．2 无开洞钢板剪力墙应力场数值模拟结果分析

3．3．3 开洞有斜撑钢板剪力墙应力场数值模拟结果分析

3．4 本章小结

4 焊接试验

4．1 试件信息

4．2 试验仪器

4．2．1 应变计安装

4．2．2 采集仪安装调试

4．2．3 焊接设备及参数

4．3 测点布置

4．4 试验过程

4．5 试验结果分析

4．6 焊接模拟和试验对比

4．6．1 无开洞钢板剪力墙数值对比

4．6．2 开洞钢板剪力墙数值对比

4．7 误差原因分析

4．8 本章小结

5 考虑残余应力条件的滞回性能研究

5．1 非线性有限元分析的理论基础

5．1．1 几何非线性

5．1．2 材料非线性

5．2 力学模型假定

5．3 有限元模型的建立

5．3．1 材料本构关系的选取

5．3．2 模型尺寸

5．3．3 约束条件

5．3．4 施加荷载

5．3．5 残余应力的施加

5．4 滞回曲线结果分析

5．4．1 滞回曲线

5．4．2 骨架曲线

5．4．3 能量耗散系数

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集