地应力及其分布规律 1 、地应力的基本概念 地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。广义上也指地球体内的应力。它包括由地热﹑重力﹑地球自转速度变化及其他因素产生的应力。 地应力是各种岩石开挖工程变形和破坏的根本作用力；是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析，实现开挖设计和决策科学化的必要前提条件。此外地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究等也具有重要意义。 2、地应力的成因 产生地应力的原因是十分复杂的，地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆浸入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的应力场。其中，构造应力场和自重应力场为现今地应力场的主要组成部分。 当前的地应力状态主要由最近的一次构造运动所控制，但也与历史上的构造运动有关。由于亿万年来，地球经历了无数次大大小小的构造运动，各次构造运动的应力场也经过多次的叠加、牵引和改造，另外，地应力场还受到其他多种因素的影响，造成地应力状态的复杂性和多变性， 地应力成因之一：地幔热对流（图1、图2） 地应力成因之一：板块边界受压（图3）
地应力成因之一：岩浆浸入（图4） 3、地应力的影响因素 地壳深层岩体地应力分布复杂多变，造成这种现象的根本原因在于地应力的多来源性和多因素影响，但主要还是由岩体自重、地质构造运动和剥蚀决定。1)岩体自重的影响 岩体应力的大小等于其上覆岩体自重，研究表明：在地球深部的岩体的地应力分布基本一致。但在初始地应力的研究中人们发现，岩体初始应力场的形成因素众多，剥蚀作用难以合理考虑，在常规的反演分析中，通常只考虑岩体自重和地质构造运动 2)地形地貌和剥蚀作用对地应力的影响 地形地貌对地应力的影响是复杂的，剥蚀作用对地应力也有显著的影响，剥蚀前，岩体内存在一定数量的垂直应力和水平应力，剥蚀后，垂直应力降低较多，但有一部分来不及释放，仍保留一部分应力数量，而水平应力却释放很少，基本上保留为原来的应力数量，这就导致了岩体内部存在着比现有地层厚度所引起的自重应力还要大很多的应力数值。 3)构造运动对地应力的影响 在地壳深层岩体，其地应力分布要复杂很多，此时由于构造运动引起的地应力对地应力的大小起决定性的控制作用。研究表明：岩体的应力状态，一般其铅垂应力分量是由其上覆岩体自重产生的，而水平应力分量则主要由构造应力所控制，其大小比铅垂应力要大得多。 4)岩体的物理力学性质的影响 从能量的角度看，地应力其实是一个能量的积聚和释放的过程。因为岩石中地应力的大小必然受到岩石强度的限制，可以说，在相同的地质构造中。地应力的大小是岩性因素的函数，弹性强度较大的岩体有利于地应力的积累，所以地震和岩爆容易发生在这些部位,而塑性岩体因容易变形而不利于应力的积累。 5)水、温度对地应力的影响 地下水对岩体地应力的大小具有显著的影响，岩体中包含有节理、裂隙等不连通层面，这些裂隙面里又往往含有水，地下水的存在使岩石孔隙中产生孔隙水压力，这些孔隙水压力与岩石骨架的应力共同组成岩体的地应力。温度对地应力的影响主要体现在地温梯度和岩体局部受温度的影响两个方面。由于地温梯度而产生的地温应力，岩体的温度应力场为静压力场，可以与自重应力场进行代数迭加，如果岩体局部寒热不均，就会产生收缩和膨胀，导致岩体内部产生应力。4、地应力的分布规律
钢结构焊接残余应力及变形控制分析 发表时间：2019-04-28T11:48:28.327Z 来源：《基层建设》2019年第6期作者：商杰1 罗小强2 牛保平3 [导读] 摘要：随着我国社会经济的快速发展，焊接技术得到了有效的创新与改革，逐渐发展为集冶金、材料、结构、电子机械等多门科学为一体的综合性工程工艺类学科，在工艺制造加工、建筑建设施工、设备安装等众多领域得到广泛应用，特别是我公司的石油钻井设备，基本都是钢结构焊接件。 宝鸡石油机械有限责任公司陕西宝鸡 721000 摘要：随着我国社会经济的快速发展，焊接技术得到了有效的创新与改革，逐渐发展为集冶金、材料、结构、电子机械等多门科学为一体的综合性工程工艺类学科，在工艺制造加工、建筑建设施工、设备安装等众多领域得到广泛应用，特别是我公司的石油钻井设备，基本都是钢结构焊接件。而焊接质量的好坏在焊接应力与焊接变形上有着显著体现。对此，加强焊接应力与焊接变形的研究，实现焊接应力与焊接变形的科学管控，是焊接产品质量的保证。 关键词：钢结构；焊接；残余应力；变形控制 1 焊接残余应力和变形的原因分析 焊接过程中产生变形问题是会极大程度影响钢材施工整体质量，焊接工艺对钢材施工影响是双方面的，在提升钢结构生产质量同时，对钢材结构产生一定影响。焊接变形无法避免，需要施工人员以合理手段对其进行控制。在焊接过程中由于出现不规则加热和在不均匀冷却情况下，使其内部分子结构发生变化。在钢材刚性约束下，外界力的作用以及组织变化，使其结构产生收缩，从而导致其出现变形情况。 1）焊接应力的产生是导致焊接变形最主要的原因。焊接工件的大小程度，复杂情况会产生大小数量不等的复杂焊缝。在处理焊缝的过程中，就有难以预测的复杂应力产生，从而导致焊接变形。变形度越大那么工件的外观和质量就会受影响。甚至可能会报废，或发生安全事故，造成经济损失。 2）受焊接材料的影响。焊接材料的质量好坏对焊接变形会产生影响。材料基本都是金属，金属本身有特殊的热物理性。焊接材料的热传导系数越大，温度梯度较小，这样焊接变形的几率也就越小。焊接是向母材料焊口加热，让其产生高温，使焊材与母材料完全融合。如果在加热过程中，受热不均匀，都会导致焊接变形。 3）焊接结构的设计。焊接结构因素是焊接变形的最大原因。焊接结构设计非常复杂，工件自身是拘束体，它随焊接而慢慢变化，所以工作的难度比较大。焊接会出现许多数量、接头形式不一样的焊缝。如果钢结构件的结构复杂，焊接变形就更难控制。在焊接产品中一部分结构件设计繁琐，且技术含量要求比较高，因此对焊接的各环节的要求都很严格。假设焊接结构设计不合理，其中随便哪一个地方出现问题，都会出现焊接变形的情况。 4）没有制定合理的焊接工艺。不合理的焊接工艺会影响产品的质量和生产效率。焊接工艺也考验操作者的技能水平，所以对焊工的要求也必须要高。焊接时所需要的工艺参数、工件的固定、焊接的前后顺序，怎么选择合理的焊接设备，等各方面都是焊接工艺对焊接变不变形的重要影响部分。这就需要丰富的理论知识和实践经验的焊工或专业的工艺部门来制定合理的焊接工艺。 2 控制对策 2.1 焊接应力的控制措施与策略 控制焊接应力的方法有很多，较为常用的方法主要有以下几种：（1）采用振动时效法消除焊接残余应力，实现焊接应力的有效控制。即应用偏心轮与变速电动机构成激振器根据钢结构外形特征以及产生应力的实际情况，在应力产生部分给予适当的振动，从而使钢结构产生循环应力，实现构建内部残余应力的有效消除，提升构建结构的稳定性。（2）利用间断焊接法进行焊缝应力的有效控制。例如，在对钢结构进行焊接的过程中，对焊缝进行短时间多次数焊接，让构建始终处于低温状态，从而降低热源对钢结构性能的影响，实现焊接应力的有效控制。该方法的缺点在于所需焊接工期相对较长，但焊接应力控制效果相对较好。（3）对焊缝尺寸进行科学设计，合理安排焊缝焊接顺序。即，在焊接过程中，应根据实际情况与要求适当的减小焊缝尺寸、焊缝坡口角度，从而降低焊缝横截面积对焊缝应力与焊缝变形存在的影响。同时，在焊缝设计过程中，避免焊缝应力集中现象的产生，可尽量采用双面焊接坡口的形式进行焊接实践操作。此外，在焊接过程中应遵循“先焊中间，后焊周边，分段焊接”的原则，进行实践操作。例如，在钢板拼接时，应该先对相互错开的短焊缝进行有效焊接，在进行长焊缝的焊接。在焊接长焊缝时，应从中间向两端进行依次分段焊接。（4）在焊接过程中应适当减小焊缝焊接的拘束度，并对复杂焊接工艺进行分解施工。一般情况下，给予焊接构件的约束力越大，在焊接过程中构件所产生的焊接应力也就越大。对此，在焊接过程中，需根据钢结构实际情况，适当的降低焊缝处的约束力。例如，在对长构件进行焊接时，应避免在组装过程中进行焊缝焊接，同时进行板条拼接时需严格依据拼接工艺要求进行实践操作，并在焊缝焊接过程中，避免不能自行收缩问题的产生。在多大型构件进行焊接时，应根据实际情况对构建进行科学分解焊接，用以提升焊接简便性与准确性。 2.2 焊接变形的控制措施与策略 焊接变形对于焊接的外观和尺寸都有着较大影响，常见的焊接件变形有初始偏心、扭转以及弯曲等，给钢结构在使用过程中带来变形、扭曲以及弯曲的现象，减少了钢结构的承载能力和整体强度。为了减小焊接变形，应采取以下措施：（1）应从焊接设计阶段入手，根据构建结构形态、焊接要求等进行焊接施工科学设计。在此过程中应对不同焊接类型及其表现形式、特点具有准确的认知，从而选择随适宜的焊接形式进行焊接，科学控制焊缝尺寸，做到焊缝数量最少、尺寸最小、构件结构稳定性影响最低。（2）科学选择焊缝位置，在焊接过程中可根据焊缝坡口形态，选择相适宜的焊接方法，将焊缝位置控制在构件截面对称位置或者是构件或截面中性轴位置，避免焊缝位置出现在高应力区域范围内。此外，根据焊接需求科学选择焊接方法，尽量选用快速焊接法或者是热源较为集中的焊接法进行操作。（3）选择合理的焊接工艺，合理的焊接工艺可以大大减小焊接变形的发生，从而进一步提高焊缝的焊接质量，提升钢结构的强度。一是选择膨胀率大的焊缝先焊接，而后是焊膨胀率小的焊缝；二是选择合适的焊接顺序及方向。如果是在钢结构对称的情况下，应使用对称焊接的方法。三是使用反变形方法提高焊接质量。在进行焊接前留出同焊接变形相反的预变形量，可以有效地避免大变形量的发生。四是要保证受力较大的焊缝在受热后具有一些伸缩量，必须选择受力大的焊缝先焊接，然后焊接受力小的焊缝。五是使用高温回火的方法减少变形，也被称作高温退火。六是在焊接前进行预热。具体方法是把焊接件的局部进行加热（温度应保持在100~300℃之间），另外还要让焊接件在焊接后保持这个温度以相应的时间，这样做可以大大减少因温度变化太大而引起的焊接裂纹。
铸造残余应力的测定实验报告 1. 实验目的 (1) 了解铸造残余应力的产生原因。 (2) 了解用应力框测定铸造残余应力的方法。 (3) 了解退火对消除残余应力的效果。 2. 实验原理 2.1 铸造应力 铸件在凝固和冷却过程中由于各部分体积变化不一致导致彼此制约而引起的应力称为铸造应力。铸造应力可分为三种，即热应力、相变应力和收缩应力。铸造应力可能是暂时性的，当引起应力的原因消除以后，应力随之消失，称为临时应力；否则为残余应力。铸造应力对铸件质量有重要影响，如果铸造应力超过材料的屈服强度，铸件则产生变形；如果铸造应力超过材料的强度极限时，铸件则产生裂纹。残余应力还会降低铸件的使用性能，如失去精度、在使用过程中造成断裂或产生应力腐蚀等。 2.2 铸造应力的测定方法——应力框试验法 图1为测定铸造残余应力的框形铸件，由于I 杆和II 杆截面尺寸差别大，因而铸造后细杆I 中形成压应力，粗杆II 中形成拉应力。若在A-A 截面处将粗杆锯开，锯至一定程度时，由于截面变小，粗杆被拉断。受弹性拉长的粗杆长度较自由收缩条件下的长度缩短，其缩短量?L 和铸造残留应力成正比，其值可根据锯断前、后粗杆上小凸台的长度(L 0 ,L 1）差求出，即?L ＝L 1一L 0。铸造残留应力σ1和σ2的计算公式为： 细杆残留应力σ1＝－E )21(2101F F L L L +-，粗杆残留应力σ2＝－E ) 21(1 2 1F F L L L +- 图1应力框铸件图 式中： σ1，σ2——细杆、粗杆中的铸造应力（MPa ）； L 0，L 1——锯断前、后小凸台的长度（mm ）；
F1，F 2——细杆、粗杆的横截面积（mm2）； L——杆的长度，L=130mm； E——弹性模量，普通灰铸铁取9×104MPa，球墨铸铁取1.8×105MPa。 2.3减小及消除残余应力的方法 铸造应力导致铸件翘曲变形甚至开裂，特别是铸件中的残余应力，如不消除，将降低零件的加工精度，在使用中会继续变形，降低机械性能和使用性能。因此应设法减小和消除残余应力。 （1）减小铸造应力的措施和途径 ①选用弹性模量E和热膨胀系数α小的合金作为铸件材质。 ②减小铸件冷却过程中的温差： （a）在铸件厚实部位放置冷铁或蓄热系数大的型砂，加速厚实部分的冷却。 （b）对铸件厚实部分的铸型或砂芯实行强制冷却。 （c）在铸件壁薄处开内浇道，使铸件各部分温度趋于一致。 （d）提高浇注时铸型的温度。 （e）将铸件于红热状态开箱取出，尽快置于已加热到500~600℃的保温炉中，保持一定时间使铸件各部分温度趋于一致，然后随炉缓冷至200~250℃出炉。 ③改善铸型和砂芯的溃散性。 ④改进铸件结构，避免形成较大应力和应力集中。 （2）消除铸件中残余应力的方法 消除铸件中残余应力的方法有自然失效、人工时效和共振时效等方法。 ①自然失效 将有残余应力的铸件放置在露天场地，经半年乃至一年以上，让残余应力逐渐自然消退，这种方法称为自然时效。 ②人工时效 人工时效又称热时效或消除内应力退火。把铸件加热到合金的弹塑性状态的温度范围内，保持一定时间，使残余应力得以消除，然后缓慢冷却，以免重新产生残余应力。 ③共振时效 共振时效的原理是：在激振器的周期性外力即激振力作用下，与铸件发生共振，因而使铸件获得相当大的振动能量。在共振过程中交变应力与残余应力叠加，产生局部屈服，引起塑性变形，使铸件中的残余应力逐渐松弛甚至消失，达到稳定铸件尺寸的目的。 3.实验内容 本次实验测定应力框铸件（灰口铸铁）铸态及其退火热处理后的残余应力，测定步骤如下： (1)造型（3个应力框试样）； (2)浇注（铁水温度为1330～1350℃）； (3)用热分析装置测试一个铸型中应力框铸件厚、薄壁的冷却曲线。 (4)浇注后30min打箱，用钢丝刷刷去应力框铸件表面型砂； (5)将其中1个应力框放入热处理炉中，在550℃保温3小时后炉冷； (6)将上述2个应力框铸件的粗杆小凸台上成锐角相交的四个棱柱面锉平； (7)用卡尺测量小凸台长度L0； (8)在小凸台A-A截面处从1、2、3三面依次锯开粗杆（见图1），注意各锯口应在垂 直于杆轴线的同一平面内。
2-5 钢结构计算 2-5-1 钢结构计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700 和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591 的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20 ℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20 ℃ 时，对Q235钢和Q345钢应具有-20 ℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40℃ 冲击韧性的合格保证。 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于- 20 ℃时，对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对Q390 钢和Q420钢应具有-20 ℃冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z 向钢时，其材质应符合现行国家标准厚度方向性能钢板》GB/T 5313 的规定。
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2-5钢结构计算 2-5-1钢结构计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃C 冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证。 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。
当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T5313的规定。 钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数），应根据钢材厚度或直径按表2-77采用。钢铸件的强度设计值应按表2-78采用。连接的强度设计值应按表2-79至表2-81采用。 钢材的强度设计值（N/mm2）表2-77 注：表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受力构件系指截面中较厚板件的厚度。 钢铸件的强度设计值（N/mm2）表2-78
螺栓或铆钉的最大、最小允许距离表2-90 注：1. d0为螺栓或铆钉的孔径，t为外层较薄板件的厚度。 2 ?钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。 常见型钢及其组合截面的回转半径的近似值见表2-91。 常见型钢及其组合截面的回转半径的近似值表表2-91
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第2次作业 一、单项选择题（本大题共60分，共 20 小题，每小题 3 分） 1. 在焊接施工过程中，应该采取措施尽量减小残余应力和残余变形的发生，下列哪一项措施是错误的?(D ） D. 加强板边约束，阻止被焊接板件变形的发生 2. 验算工字型截面梁的折算应力公式σ2+3τ2≤β1f，则σ1τ应为（D ） D. 验算截面中验算点的正应力和剪应力 3. 应力集中越严重，钢材也就变得越脆，这是因为(B ) B. 应力集中产生同号应力场，使塑性变形受到限制 4. 梁的受压翼缘侧向支承点的间距和截面尺寸都不改变，跨内的最大弯矩相等，且不存在局部稳定问题，承受以下哪种荷载时梁的临界弯矩为最高（ D ） D. 纯弯矩 5. 普通轴心受压构件的承载力经常决定于(C )。 C. 弯曲屈曲 6. 两端铰接轴心受压柱发生弹性失稳时，其它条件相同，轴力分布图如下所示，则各压杆的临界力的关系是（ B ) B.N k4>N k2>N k3>N k1 7. 如图所示，钢屋架上弦杆两节间在 A 、 B 点平面外有侧向支撑，两节间的轴向压力分别为 N 和 2N ，当计算 AB 杆平面外稳定时，其计算长度应为(B ) B. 0.875(l1+l2) 8. 跨中无侧向支承的组合梁，当验算整体稳定不足时，应该采用（C ） C. 加大受压翼缘板的宽度 9. 压弯构件工字形截面腹板的局部稳定与腹板边缘的应力梯度有关，腹板稳定承载力最大时的α0值是( D ) D. 2.0 10. 规范规定侧焊缝的设计长度lwmax在动荷载作用时为40hf，在静荷载作用时为60hf，这主要考虑到(B ) B. 焊缝沿长度应力分布过于不均匀 11. 某屋面棱条跨度6M，中间设置一道拉条作为侧向支承点，作用于懔条的弯矩设计值Mx=45.0KN m，My=0.9KN M，懔条采用I22a，Wx=309.0cm3,Wy=40.9 cm3, Q235-BF（三号钢）它的整体稳定性应力是( C ) C. 181.2MP 12. 均布荷载和集中荷载作用下的简支梁（其他条件均相同），关于其整体稳定屈曲系数k，下列叙述正确的是（ D ） D. 集中荷载作用在梁的下翼缘时k值最高 13. 钢材的塑性性能受很多因素的影响，下列结论中正确的是( C) C. 加载速度越快，钢材表现出的塑性越差 14. 弯矩绕强轴作用的工字形偏心受压柱，影响其腹板局部稳定性的因素是（B ） B. 应力分布系数α0和弯矩作用平面内长细比λ 15. 焊接组合工字形轴心受压柱的翼缘与腹板的焊缝承受（B ） B. 同时承受压力和压杆屈曲时的剪力 16. 梁的最小高度是由(C )控制的。 C. 刚度 17. 在工业厂房排架结构中使用梯形钢屋架时，关于刚性系杆和柔性系杆的设置叙述正确的是（A ） A. 在屋架上弦平面内，屋脊处应该设置刚性系杆，两端应该设置柔性系杆 18. 某双轴对称截面的压弯构件承受如图所示不同工况的弯矩作用，图中所示的弯矩大小均相等，仅考虑弯矩作用平面内稳定性时，其轴向受压承载力最大的情况为(B ) B. b 19. 如图所示的各种情况，除了荷载作用形式不同之外，其它各种条件均相同，试问哪种弯矩分布模式对工字梁的整体稳定更为不利 ? （C ） C. c 20. 当缀条采用单角钢时，按轴心压杆验算其承载能力，但必须将设计强度按规范规定乘以折减系数，原因是(D )。 D. 单角钢缀条实际为偏心受压构件 二、判断题（本大题共40分，共 20 小题，每小题 2 分） 1. 焊接残余应力在正常条件下影响结构的强度承载力。( X) 2. 氧是钢中的有害杂质，它的作用和硫类似，使钢冷脆。( X) 3. 疲劳容许应力幅与钢种有关。(X )
1.在确定实际轴心压杆的稳定承载力，应考虑构件的初始缺陷。初始缺陷是指初弯曲、荷载偏心、残余应力。 2.钢结构中采用的各种板材和型钢，都是经过多次辊扎形成的，薄钢板的屈服点比厚钢板的屈服点高。 3.受单向弯矩作用的压弯构件整体失稳可能存在两种形式为弯曲屈曲、侧扭屈曲。 4.钢梁进行刚度检算时，按结构的正常使用极限状态计算，荷载应按标准值计算；进行强度、稳定检算时，按结构承载能力极限状态计算，荷载应按设计值计算。 5.双轴对称截面理想轴心压杆失稳主要有两种形式弯曲屈曲和扭转屈曲；单轴对称截面的实腹式轴心压绕其非对称轴失稳是弯曲屈曲，而绕其对称轴失稳是弯扭屈曲。 6.对焊接板梁强度计算，除进行抗弯强度、抗剪强度计算外，还应检算局部稳定和整体稳定。 7.焊接组合梁截面高度h根据最大高度、最小高度、经济高度三方面因素确定。 8.螺栓连接中，沿受力方向规定螺栓端距大于2d，是为了防止构件受剪破坏；要求螺栓夹紧长度不超过螺栓杆的5倍，为了防止板材弯曲变形。 9.受静力荷载作用的受弯杆件强度计算中采用了截面塑性发展系数，目的是考虑部分截面塑性。 10.某钢种牌号为Q235-A，其中A的含义是质量较差，某型钢符号为∠110*10，其表示的含义为边长*厚度。 11.格构式轴心压杆中，对绕虚轴（x轴）整体稳定检算时应考虑剪切变形影响，以 12.钢梁在承受固定位置集中荷载或支座反力处设置支撑加筋肋，支撑加筋肋的端部承压及其与腹板的连接计算等需要单独计算。 13.建筑用钢材应具有良好的机械性能和加工性能，目前我国和世界上大多数国家，在钢材中主要采用碳素结构钢和低合金结构钢中少数几种钢材。 14.钢材的抗剪强度屈服点是抗拉强的的倍。 15.使钢材在高温下变脆的化学元素是O、S，使钢材在低温下变脆的化学元素是N、P。 16为化简计算，规范对重级工作制吊车梁和重级、中级制吊车衍架的变幅疲劳折算 和设计应力谱中为等效常幅疲劳计算，等效应力幅σc采用潜在效应的等效系数α f 的最大应力幅（⊿σ）max的乘积来表示。 17.自动埋弧焊角焊缝焊脚尺寸最小值为（根号t-1）mm。侧面角焊缝最小计算长度应不小于8hf和40mm，最大计算长度在承受静载或间接动荷载时应不大于60hf，承受动荷载应不大于40hf。
焊接残余应力的消除方法 焊接残余应力是焊接技术带来的一个几乎无法避免的缺陷，其危害众所周知。当焊接造成的残余应力会影响结构安全运行时，还需设法消除焊接残余应力，改善焊接接头的塑性和韧性，以提高焊件结构性能。 一、焊接的应力与应变： 在接过程中，由于焊接件产生温度梯度，接头组织和性能的不均匀，就会在焊件内产生应力和应变。焊后残留在焊件内的焊接应力就是焊接残余应力，它是没有外载荷作用时就存在的应力。 二、焊接残余应力的危害： 焊接残余应力与外载荷产生的应力叠加，局部区域应力过高，使结构承载能力下降，引起裂纹和变形，使焊件形状和尺寸发生变化，需要进行矫形。变形过大会因无法矫形而报废甚至导致结构失效。 三、减少焊接残余应力和变形的措施： ①设计 ②焊接工艺 如： 尽量减少焊接接头数量 相邻焊缝间应保持足够的间距 尽可能避免交叉，避免出现十字焊缝 焊缝不要布置在高应力区 焊前预热等等 四、焊后残余应力的消除方法 消除焊接残余应力的方法有：热处理、锤击、振动法和预载法等。 1、热处理消除法 焊后热处理是一种消除焊接残余应力常用的方法。工程上我们主要用退火处理，火温度越高、保温时间越长，消除焊接残余应力的效果就越好。但是温度过高，使工件表面氧化比较严重，组织可能发生转变，影响工件的使用性能，存在弊端。蠕变应力松弛理论为热处理消除焊接残余应力提供了另一条思路，工件在较低温度时会发生蠕变，材料内部的残余应力会因应力松弛而得到释放，只要保温时间
足够长，理论上残余应力可完全消除。在低温消除焊接残余应力时，材料的组织和性能变化甚微，几乎不影响材料的使用性能，而且低温处理材料表面的氧化和脱碳也比较小，这就可以在材料的力学性能和组织基本不变的情况下达到降低材料焊接残余应力的目的。 2、锤击消除法 焊后采用带小圆头面的手锤锤击焊缝及近缝区，使焊缝及近缝区的金属得到延展变形，用来补偿或抵消焊接时所产生的压缩塑性变形，使焊接残余应力降低。 锤击时要掌握好打击力量，保持均匀、适度，避免因打击力量过大造成加工硬化或将焊缝锤裂。另外，焊后要及时锤击，除打底层不宜采用锤击外，其余焊完每一层或每一道都要进行锤击。锤击铸铁时要避开石墨膨胀温度。 3、振动消除法 振动消除法是利用由偏心轮和变速马达组成的激振器，使焊接结构发生共振所产生的循环应力来降低内应力的。 如截面为30mm×50mm一侧堆焊的试件，经过σmax＝128N/mm2和σmin＝5.6N/mm2多次应力循环后，残余应力的变化情况。当变载荷达到一定数值，经过多次循环加载后，焊接结构中的残余应力逐渐降低。 这种方法所用的设备简单，处理成本低，时间比较短，没有高温回火给金属表面造成的氧化问题，目前在施工中广泛使用。 4、预载消除法 残余应力也可采用机械拉伸法（预载法）来消除或调整，例如对压力容器可以采用水压试验，也可以在焊缝两侧局部加热到200℃，造成一个温度场,使焊缝区得到拉伸，以减小和消除焊接残余应力。 焊接残余应力的消除和调整应采取合理的焊接顺序，先进的焊接工艺，焊接时适当降低焊件的刚度，并在焊件的适当部位局部加热，使焊缝能比较自由地收缩，在焊接的每一个环节都减小残余应力，大大提高材料的使用寿命和性能，在工程施工上具有重要的意义。
钢结构计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证。 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313的规定。 钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数），应根据钢材厚度或直径按表2-77采用。钢铸件的强度设计值应按表2-78采用。连接的强度设计值应按表2-79至表2-81采用。 钢材的强度设计值（N/mm2）表2-77
2-5 钢结构计算 2-5-１钢结构计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏,应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q34５钢、Q390钢和Ｑ4２0钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB／Ｔ70０和《低合金高强度结构钢》GB/Ｔ159１的规定。当采用其他牌号的钢材时,尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Ｑ23５钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时,Q２３5钢和Ｑ３45钢应具有０℃Ｃ冲击韧性的合格保证;对Q3９0钢和Q4２0钢应具有-２0℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q23５钢和Q345钢应具有-2０℃冲击韧性的合格保证；对Ｑ39０钢和Ｑ４20钢应具有－４0℃冲击韧性的合格保证。 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Ｑ3４5钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对Ｑ３９0钢和Q4２0钢应具有－２0℃冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T53１３的规定。 钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数),应根据钢材厚度或直径按表２－77采用。钢铸件的强度设计值应按表2-78采用。连接的强度设计值应按表２-79至表2-８1采用。 钢材的强度设计值（Ｎ／ｍm2) 表2-77
一篇关于切削加工表面残余应力研究的好文章 残余应力主要是由构件内部不均匀的塑性变形引起的。各种工程材料和构件在毛坯的制备、零件的加工、热处理和装配的过程中都会产生不同程度的残余应力。残余应力因其直观性差和不易检测等因素往往被人们忽视。残余应力严重影响构件的加工精度和尺寸稳定性、静强度、疲劳强度和腐蚀开裂。特别是在承力件和转动件上，残余应力的存在易导致突发性破坏且后果往往十分严重。因此，自20世纪50年代以来国内外技术人员花费了大量的精力研究残余应力的 产生机理、检测手段、消除方法以及残余应力对构件的影响。Guo 等通过试验的方法研究了车削和磨削产生的不同性质 的残余应力对工件疲劳强度的影响；Seo等通过试验和有限元模拟的方法揭示了在车轮制造和火车刹车过程中引起的 残余应力和火车车轮疲劳寿命之间的代数关系；Liu 等用试验的方法研究了残余应力对滚动接触疲劳强度的影响[4]；董辉跃等研究了材料去除过程中残余应力的重新分布及该过 程所引起的工件变形；孙杰等基于理论计算和有限元模拟, 研究了毛坯的初始残余应力对大型整体结构件数控加工变 形的影响；Hiroyuki 等研究了不同加工参数引起的残余应力对零件疲劳强度的影响[7]，并且结合正交切削模型和刀尖圆角压痕模型建立了残余应力预测模型；王立涛对于铣削加工
航空框类整体结构件时的残余应力和变形机理进行了研究，并将研究成果应用于实际生产。在机械加工过程中残余应力的存在不仅影响零件的加工精度而且影响零件的使用性能 和寿命。因此，充分了解残余应力产生的机理并掌握残余应力测量和消除方法对于充分利用残余应力的有益的一面，避免残余应力带来的危害以及改进加工工艺，延长工件的使用寿命和确保安全生产是十分有意义的。本文主要研究了切削加工过程中残余应力产生的机理，并对残余应力的测量方法以及残余应力的调整和消除手段进行了较为系统的阐述和 比较，提出了在残余应力检测和消除领域的一些建议，为进一步研究提供参考和借鉴。 残余应力的定义和分类1 残余应力的定义残余应力是指在 没有外力作用于物体时，物体内部保持平衡的应力。在没有外力的作用下，物体内部保持平衡的应力称为固有应力，残余应力是固有应力的一种。现在用一个简单的例子说明残余应力的产生。假设图1中3根弹簧在自由状态下的长度分别为L1、L2、L3，弹性常数为c。用两块刚性板将3 根弹簧连接后的长度为L，并且连接之后整个系统不受外力的影响。设连接后3根弹簧上产生的力分别为F1、F2、F3，这时的 F1、F2、F3 就相当于这个系统的残余应力且F1+F2+F3=0。 2 残余应力的分类（1）根据残余应力影响的程度把残余应力分为宏观应力和微观应力。197 3 年德国学者E.
钢结构计算 2-5-1 钢结构计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0 C但高于-20 C时，Q235钢和Q345钢应具有0 C C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20 C冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20C时，对Q235钢和Q345钢应具有-20C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40 C冲击韧性的合格保证。 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于-20C时，对Q235钢和Q345钢应具有0C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20 C冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z 向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313 的规定。 钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数），应根据钢材厚度或直径按表2-77 采用。钢铸件的强度设计值应按表2-78 采用。连接的强度设计值应按表2-79 至表2-81 采用。
探析钢结构焊接残余应力 发表时间：2016-11-09T10:40:18.190Z 来源：《低碳地产》2016年13期作者：褚胜明 [导读] 【摘要】在钢结构的应用过程中，焊接工艺是一项非常重要的应用工艺技术。对于钢结构性能的稳定性和质量安全都起到非常重要的影响作用。在焊接过程中，由于大量热量的高度集中的存在会导致残余应力的出现，对于钢结构的工程质量，会造成严重的安全隐患。本文结合自己的工作经验对于在钢结构中残余应力的产生进行了分析，并就如何消除其影响提出了具体的建议和措施。 身份证号码：32108619650515xxxx 江苏泰州 225300 【摘要】在钢结构的应用过程中，焊接工艺是一项非常重要的应用工艺技术。对于钢结构性能的稳定性和质量安全都起到非常重要的影响作用。在焊接过程中，由于大量热量的高度集中的存在会导致残余应力的出现，对于钢结构的工程质量，会造成严重的安全隐患。本文结合自己的工作经验对于在钢结构中残余应力的产生进行了分析，并就如何消除其影响提出了具体的建议和措施。 【关键词】钢结构；焊接工艺；残余应力；分析与消除 在建筑行业中，钢结构的应用对该行业的发展起到了极大的推动作用。由于钢结构的强度以及抗震性与其他材料相比都更具优势，而且自重轻，建设施工速度快，所以现在已经在建筑行业中得到了普遍的使用。不过钢结构也存在着较多的缺点，比如在使用过程中，钢结构具有脆断性，这是一个严重影响建筑质量安全的潜在隐患。此外，疲劳破损问题也是一个非常严重的隐患，这导致钢结构的稳定性存在缺陷。笔者结合近年来钢结构焊接过程中残余应力产生的不同原因进行分类，并根据不同的产生原因对其进行了分析，提出了具体的解决措施和建议。 1、不同残余应力的分类 在钢结构的焊接过程中，由于大量热量高度集中，在焊接结束后焊件内仍存在一定的应力，这些未消除的参与在焊件中的应力就是我们经常提到的焊接残余应力。根据这种焊接残余应力方向的不同，可以分为纵向焊接残余应力、横向焊接残余应力和沿焊缝厚度方向的焊接残余应力三种。具体介绍如下。 1.1纵向残余应力 纵向焊接残余应力的形成主要是由于在焊接过程中焊接受热不均匀便进行冷却，这样就在焊件中形成了不同温度的温度场。而不同的温度场又会导致焊件发生不同程度的膨胀，温度场越高的地方其膨胀程度越大，所以在焊接过程中由于焊缝附近的温度最高，所以膨胀最大，而临边的温度最低所以膨胀也最低，这样就会产生塑性压缩，而由于焊缝附近的温度较高，膨胀系数较大，所以被塑性压缩后焊缝区域与临界区域相比要长一些，导致形成纵向的焊接残余应力。 1.2横向残余应力 在钢结构的焊接过程中形成横向残余应力的主要原因有两个，一个是在焊接过程中由于焊缝纵向收缩，而钢板向外弯曲，形成了一个弓形。而焊缝又将两块钢板连接在一起，形成了一个整体，这样在焊缝的中间就产生了横向的拉应力，同时在两端也产生了横向的拉应力。第二个原因是在焊接过程中，由于焊缝的焊接位置不相同，所以在焊接结束进行冷却的过程中也会出现差别。在焊接时先焊接的焊缝由于焊接时间早，冷却时间也早，所以其强度较强，而后面的焊缝由于焊接的较晚，冷却的也较晚，所以焊缝位置就会发生横向的膨胀，导致横向塑性压缩发生变形。在这两个原因的共同作用下，焊缝的横向拉应力和方向都会发生改变，最终导致产生横向残余应力。 1.3沿焊缝厚度方向的残余应力 钢结构焊接过程中产生的沿焊缝厚度方向的残余应力主要是由于钢结构的厚度较大，在焊接时需要采用多重焊接的方式进行施焊。所以在焊接过程中除了会产生纵向的焊接残余应力和横向的焊接残余应力之外，还会产生沿焊缝厚度方向的残余应力。这种残余应力的存在，对于钢结构的塑性会产生重要的影响，进而影响钢结构的脆弱性和结构性，对建筑工程的质量造成重要影响。 在钢结构的焊接过程中，焊接残余应力不仅是这三种应力，还有其他的，比如在焊接过程中如果焊件在一种约束状态下被施焊，那么会造成残余应力伸缩变形，进而导致残余应力的增加，不过在钢结构的焊接残余应力中，这三种残余应力是主要的。 2、对残余应力产生原因的分析 2.1直接应力 在焊接过程中，由于焊件受热不均匀以及在冷却时的差别形成了不同的温度场，这是造成残余应力产生的最主要原因。所以对于焊接残余应力的分析首先就需要对这种温度场进行分析。温度场的不同导致在焊接过程中焊件的受热不均匀，这样焊件的不同位置就会发生不同程度的膨胀，这又导致产生了不同位置之间的热应力，而冷却时由于膨胀程度不同，所以冷却后位置也不相同。 2.2间接应力 间接应力主要是指在焊接过程进行前，工件受到的外在的压力，或者由于外界环境的限制而产生的间接力。在这种力的作用下，焊接过程中需要首先进行轧制和拉拨，这样会增加间接应力，不过间接参与应力的存在不是孤立的，往往都是以合力的形式出现。 3、降低焊接残余应力的方法 3.1振动时效法 通过以往的工作经验表明，振动时效法在降低钢结构焊接过程中的焊接残余应力上的应用效果非常明显。这种方法的一大优势是比较灵活，不受到钢结构的尺寸、形状以及自重等因素的影响，能够高效的完成残余应力的消除工作，而且周期短、无污染。所以在钢结构的焊接过程中可以通过选择合适的振型的方式，对于关键部位施加适度的应力，从而通过振动降低或者消除钢结构焊接过程中产生的残余应力，提高钢结构的稳定性。 3.2间接焊接法 在钢结构的焊接过程中，也可以通过采用间接焊接法的方式消除焊接中产生的残余应力。间接焊接发的作用原理是通过将焊接区内的附件金属长期保持在冷却状态，从而降低了焊接过程中钢结构的热度，进而降低了焊接残余应力。在焊接过程中，也可以根据钢结构的具体焊接情况采用间歇性的焊接方式进行焊接，这样可以降低焊接时钢结构的温度，从而降低残余应力的产生。比如常用的对铸铁进行的电弧冷焊方式。 3.3减小焊缝尺寸法 在钢结构的焊接过程中也可以通过减小焊缝尺寸的方法降低焊接参与应力的产生，尤其是对于沿焊缝厚度方向的焊接残余应力的作用