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箱型截面单层网壳焊接书点的残余应力与焊缝布置

【摘要】:单层网壳空间结构受力复杂,其节点由许多杆件交汇而成,是内力传递的关键点,节点设计的好坏,对结构的性能、制造安装、材料的用量、造价等都有很大的影响;也是网壳整体结构设计成败的关键。与传统钢管截面杆件比较,在保证相同承载力及功能条件下,箱型截面杆件比环形截面杆件更节省钢材、节约成本,而且有更好的通透性和观赏性。适于承受双向弯矩、抗扭刚度大、稳定极限承载更高,使用过程中利于保洁,维护成本低,整体外观更简洁和美观。箱型截面单层网壳焊接节点,焊接的过程中焊缝附近会形成不均匀的温度场,差异较大的温度梯度,使焊接节点易发生残余变形,而构件冷却后,焊缝周围又会产生极大的残余应力。焊接残余应力会降低焊接节点的疲劳强度、引起焊缝产生应力腐蚀裂纹,使结构有脆性断的安全隐患。而在建筑工程领域,箱型截面焊接节点的残余应力方面的研究很少,节点设计的好坏关系到节点的安全性、经济性。焊缝布置在设计施工图中的主动性高,而焊接工艺参数、接头形式、焊接顺序、坡口形状等因素在设计施工图中主动性低,均按常规处理,潜力受限。根据国内外箱型截面焊接节点的研究的背景,本文主要内容如下:(1)箱型截面单层网壳焊接节点的相关研究现状、焊接数值模拟的研究现状、焊接数值模拟热源的研究现状。(2)用Solidworks建立三维模型,ABAQUS和VisualMesh进行网格处理,然后用misufact.welding对焊接过程数值模拟,分析三种箱型截面杆件焊接过程中的温度场及应力场,分析箱型截面杆件的残余应力及焊接变形,找出合理的箱型截面杆的焊缝布置方案。(3)在合理的焊缝布置方案下,杆件与节点连接而焊缝条数较多时,数值模拟分析焊接过程,通过残余应力及变形的对比分析,找出合理的焊接顺序。(4)在合理的焊接顺序下,分析箱型截面杆翼缘板的宽厚比对残余应力及变形的影响。(5)根据以上研究结论,采用焊缝布置比较合理的截面杆,完成四种六向交汇焊接节点的设计,数值模拟节点的焊接过程,对比分析四种焊接节点的残余应力及变形,找出焊缝布置设计比较合理的节点型式。(6)以合理节点型式为研究对象,分析节点在轴向荷载、弯矩下的应力状态。分析节点不足,通过加厚节点处翼缘板厚度对节点进行优化设计,提高节点承载力,得出最优的节点翼缘板厚,使节点的设计经济合理。

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