高强度钢材焊接圆钢管截面残余应力的分布模型

根据图2-68 所示的各试件试验测量结果，本节分别提出了 Q420 埋弧焊接、Q345 高频焊接圆钢管内外侧残余应力分布模型，即如图2-75 所示的折线模型。焊接圆钢管外侧残余应力以残余拉应力为主;Q420 和 Q345 焊接圆钢管在焊缝处残余应力达到最大值，分别为+0.5fy和＋1.0fy，fy为钢材屈服强度。由于 Q420 埋弧焊接圆钢管试件 R2～R5 中仅对 R5 测量了内侧残余应力，数据较少，故对于 Q420 埋弧焊接圆钢管，仅提出外侧残余应力分布模型（如图2-75a所示）;对于 Q345 高频焊接圆管本节分别提出了内外侧残余应力分布模型（如图2-75b、图2-75c 所示）。

图2-76 为本章所提出的焊接圆钢管纵向残余应力分布模型与试验实测结果的比较。可以看到，该分布模型（图2-75）与试验数据较吻合，且能够包络大部分试验数据点，偏于安全。

综上所述，高强度钢材焊接圆钢管截面的残余应力特征和研究结论如下∶

（1）与普通钢材相比，高强度钢材焊接圆钢管的残余应力分布较平缓，且最大残余拉应力一般低于钢材的屈服强度。

（2）焊接圆钢管残余应力分布与截面径厚比无明显的相关性。

（3）热镀锌处理使圆钢管的残余应力分布趋于均匀，可显著降低残余拉应力的最大值。

（4）焊接类型对圆钢管残余应力的分布有一定影响，埋弧焊的热量输入较大，对残余应力分布的影响也相应较大，表现为残余应力数值偏大。

（5）分割法测量过程中的人为误差较小，能够保证测量结果的可靠性。

（6）本节提出了适用于 Q420 和 Q345 焊接圆钢管截面的残余应力分布模型，模型与试验结果吻合良好，具有足够的合理性、可靠性以及安全性。研究成果能够为钢结构构件残余应力的相关研究提供参考，同时为焊接圆钢管构件稳定性能研究提供前提条件，并促进其在特高压输电塔结构中的应用。