網架焊接空心球節點殘余應力實測及數值模擬

王超群， 雷宏剛， 李 洋

(太原理工大學土木工程學院， 太原 030024)

在網架結構中，焊接空心球節點是應用最多的一種節點形式。自1965年劉錫良[1]研制成功焊接空心球節點之后，焊接空心球節點已成為中國網架結構中最重要的一種節點形式。這種節點是由兩個熱壓形成的半球對接焊成了空心球，再將鋼管桿件與空心球采用對接焊縫或者角焊縫連接[2]。在鋼管上開合適坡口通過電焊與空心球節點連接。

由于焊接過程的不確定性，焊接結構的復雜性和隨機性尤為顯著。在焊接過程中，局部不均勻的加熱和冷卻、焊縫以及焊縫附近溫度場間的耦合作用，使焊接構件內部產生分布不均勻的殘余應力場。焊接殘余應力的存在對結構與焊接接頭的抗脆斷能力、抵抗應力腐蝕開裂以及高溫蠕變開裂也會有不同程度的影響，尤其對鋼結構的疲勞強度[3-5]影響較大。

焊接殘余應力的研究起始于20世紀30年代。目前，中外學者對于焊接殘余應力的研究主要是對鋼板[6]、等邊角鋼[7]、H型鋼[8]、焊接鋼管[9-10]和熱軋工字型鋼[11]等構件的焊接殘余應力分布模式的分析。對于平板構件焊接殘余應力分布模型能否應用于焊接空心球節點尚且未知。因此需要對焊接空心球節點進行試驗研究，其中李洋等[12]研究了三種尺寸較小的焊接空心球節點球面焊趾處焊接殘余應力大小和變化趨勢。證明了節點整體處于自平衡，但對于較大尺寸節點沒有深入探索，并且由于測點布置過少，因此沒有揭示焊接空心球節點的焊接殘余應力分布模式，需要進一步進行試驗。……