摘要
近几十年来，我国钢结构建筑发展突飞猛进，同时焊接节点由于刚度大、费用低、效率高等优点被广泛应用于钢结构中。然而在频发的地震灾害中，钢结构并没有达到预期的卓越抗震性能，尤其在强震作用中，大量钢结构发生了破坏。结构的破坏通常是产生损伤并逐渐累积到一定程度后发生的，而对于焊接钢结构而言，破坏通常发生在焊接节点处，这是由于焊接会在焊材区域产生微裂纹和微缺陷等，所以焊接钢结构的破坏往往自焊缝区开始发生。由于问题的复杂性，人们往往忽略焊接过程对于焊接节点性能的影响，同时在工程界也还没有统一的损伤累积模型。然而，焊接节点的性能对钢结构的整体安全性有重要影响，因此对于焊接节点处的损伤累积研究有重要的意义。 焊接过程会使焊缝处产生很大的残余应力，这会严重影响焊接节点的使用性能，因此对于焊接残余应力的准确分析是对焊接节点进行损伤累积研究的基础。本文选择Q345钢材作为母材，进行了T接焊缝和对接焊缝的焊接试验，使用热电偶跟踪测量了焊接过程中温度的变化情况，同时对焊接后的变形情况进行了测量。基于试验结果，通过大型有限元软件ANSYS对焊接过程进行了有限元模拟，得到了焊接过程的温度场及焊后的应力应变场，发现焊接之后的残余应力较大，且主要以沿焊缝方向的纵向残余应力为主。数值分析得到的结果与试验结果进行对比，焊接过程中温度变化以及焊后变形量均有较高的吻合度。 为了得到可靠的材料模型，本文还从前文提到的焊接板中抽取焊材及钢材试件，并对其进行了拉伸试验和低周疲劳试验，研究了钢材和焊材在不同应变幅下的滞回性能，相同应变幅下钢材与焊材的循环半周数有一定的离散性，不同应变幅下焊材的破坏断口也有一定的差异。利用得到的试验结果，拟合了塑性损伤累积模型的参数，并且对损伤累积模型进行改进。 利用上述损伤累积模型的研究结果，以ANSYS为平台编译了有限元子程序，建立了T型焊接节点考虑损伤累积的模型。本模型同时考虑了焊接产生的残余应力以及损伤累积的影响，预测T型焊接节点承受低周疲劳荷载时的疲劳寿命及破坏位置。从材料层面着手，能够更好的适应于各种尺寸的结构或构件，从而可以进一步推广到其他钢结构焊接节点或钢结构构件。
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