焊接鋼結(jié)構(gòu)以承載能力強、自重偏輕等優(yōu)勢在深水碼頭、海上風(fēng)機、鉆井平臺、跨海大橋等結(jié)構(gòu)中運用十分廣泛,尤其是變壁厚對接焊接鋼管。彎矩荷載作用下,變壁厚鋼管焊縫位置易破壞且受力機制相對復(fù)雜,目前大多數(shù)研究是基于平板假設(shè)理論求解了變壁厚鋼管焊縫熱點位置的應(yīng)力集中系數(shù),但其研究未考慮到鋼管過渡段長度這一因素。本文采用“微元體”方法,考慮過渡段長度,在變壁厚對接焊接鋼管過渡段斜面置于鋼管內(nèi)壁側(cè)或鋼管外壁側(cè)時,對其兩端截面上的徑向切應(yīng)力和環(huán)向切應(yīng)力計算公式做了嘗試性探索,并通過建立了不同直徑、徑厚比的變壁厚對接焊鋼管模型,將公式計算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進行對比分析,分析結(jié)果顯示公式計算精度較高。徑向切應(yīng)力和環(huán)向切應(yīng)力的確定為分析鋼管過渡段兩端截面的應(yīng)力分布規(guī)律奠定了基礎(chǔ),也為鋼管焊接設(shè)計提供了理論支撐。具體研究內(nèi)容如下:（1）采用“微元體”方法,利用靜力平衡思想,對鋼管過渡段兩端截面的徑向切應(yīng)力和環(huán)向切應(yīng)力理論計算公式進行了推導(dǎo),公式中反映了切應(yīng)力與鋼管過渡段長度、鋼管直徑、鋼管厚度等因素之間的關(guān)系。（2）鋼管過渡段斜面置于鋼管內(nèi)側(cè),徑向切應(yīng)力（?）在環(huán)形截面徑向方向上從外壁側(cè)到內(nèi)壁側(cè)逐漸增大;鋼管... 

【文章來源】：重慶交通大學(xué)重慶市

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

平板假設(shè)理論簡化模型

43行狀態(tài)，而對其塑性狀態(tài)暫不考慮。基于DNV[3]規(guī)范和齊趙敏[15]，鋼管彈性模量E=2.1×1011Pa,泊松比=0.3，鋼管密度7800kg/m3，鋼管外直徑D的取值范圍1~2m，以0.2m的增量依次遞增，從而得到7個不同外直徑的鋼管，兩鋼管厚度取為25/20(mm),30/20(mm),30/25(mm)。為了提高計算速度且不失計算精度，將鋼管焊縫設(shè)置在距離鋼管構(gòu)件頂端1m位置處，即薄壁端長度為1m，而厚壁端長度取為4D，如圖4.1所示。圖4.1變壁厚焊接鋼管過渡段內(nèi)偏Abaqus經(jīng)典模型整個鋼管焊縫模型建立共分為三部分，包括厚管段、薄管段、焊縫，其中鋼管焊縫位置作為整個模型的關(guān)鍵部位，其細(xì)節(jié)尺寸如圖4.2所示。其中模型具體尺寸如下：鋼管兩端厚度分別為30mm，20mm,鋼管外直徑為1m。過渡段斜邊與鋼管內(nèi)壁直接相連接，該位置會形成尖角，從而導(dǎo)致該位置應(yīng)力集中，為避免此情況的出現(xiàn)，通常會在尖角位置處設(shè)置一段半徑為1mm的圓弧進行平緩過渡；同時，模型中不考慮焊縫位置凸起部分，即鋼管外壁側(cè)為平順光滑面，此為模型與齊趙敏所建模型的差異。由圖中可見，由于鋼管兩端厚度的不相等，從而在鋼管焊縫位置處會產(chǎn)生明顯的軸心偏位δ，其大小為0.5(t1-t2)。為避免鋼管直接對接產(chǎn)生的幾何尺寸突變，通常情況下會在鋼管焊縫位置處設(shè)置一段過渡段，其中過渡段的內(nèi)壁斜坡面的比例為1:4，其長度L=4(t1-t2)。4.2.2鋼管焊縫模型單元的類型對鋼管焊縫模型建立而言，其中影響其計算精度的一個重要的因素就是模型單元的選取，目前對于鋼管模型的建立通常采用殼單元和三維實體單元進行構(gòu)建，對于整段的鋼管，通過二者所得到的計算精度大致相同，但本模型重點考慮過渡段薄壁端長度為1m厚壁端長度為4D鋼管焊縫位置

45圖4.3過渡段網(wǎng)格劃分圖4.4鋼管整體網(wǎng)格劃分示意圖4.2.4邊界約束條件和荷載施加在實際工程中，鋼管樁通常是通過打樁的方式將其嵌入巖體中，因此可將其視為一段視為固結(jié)的形式，而另一端則為自由端，為了和工程的實際情況更加接近，本文在鋼管焊接應(yīng)力分析模型中，將鋼管厚壁端部位置設(shè)定為固結(jié)約束段，而鋼管薄壁端部位置被設(shè)定為自由端，便于施加荷載過后，鋼管能夠自由變形(拉伸、壓縮)。首先將其自由平面選取，將彎矩加載自由端平面上其大小為1000[15],如圖4.5所示。圖4.5鋼管模型邊界約束及彎矩荷載施加

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]海工鋼管構(gòu)件對接焊縫應(yīng)力集中系數(shù)分析[D]. 齊趙敏.重慶交通大學(xué) 2013
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本文編號：2957139