一种带应力焊接可行性校验方法技术

本发明专利技术涉及金属支承构件技术领域，公开了一种带应力焊接可行性校验方法，用于在已有承重构件上焊接新承重构件时校验焊接方案是否可行。本发明专利技术中，通过先采用有限元模拟的方式模拟带应力焊接的过程，判断焊接过程中是否发生危险，确定焊接过程中无危险时再制作实物模型进行加载试验，从而确保了实物模型的制作过程不发生危险，使实物模型的加载试验能够顺利进行；通过先采用有限元模拟的方式模拟加载试验的过程，然后根据有限元模拟的结果制作实物模型进行加载试验，实物模型加载试验过程中一些选择上的困难得以解决，从而使得实物模型加载试验能够顺利进行。以上两点结合，使得带应力焊接这种一直以来禁忌的操作能够实现。力焊接这种一直以来禁忌的操作能够实现。力焊接这种一直以来禁忌的操作能够实现。

【技术实现步骤摘要】
一种带应力焊接可行性校验方法


[0001]本专利技术涉及金属支承构件
，特别是涉及一种带应力焊接可行性校验方法。

技术介绍

[0002]建筑施工过程中，有时候会需要在使用中的钢梁/钢柱侧面安装一些别的构件，比如安装额外的梁或者斜柱。安装钢梁相对比较简单，因为钢梁传递的力的方向简单向下，连接节点强度要求不高，且梁与柱的连接节点可以是铰接节点，允许仅采用高强螺栓进行连接。
[0003]但并非所有的连接节点都可以选用铰接节点，有些场合中必须使用刚接节点，这个时候就需要涉及到带应力焊接了，而带应力焊接是焊接操作中的一项大忌。
[0004]带应力焊接（也即向承载有一定荷载的构件上焊接新的东西），带来的不良影响主要有两方面：一是在焊接过程中可能会造成构件折弯垮塌。焊接过程中会向构件施加高温，对于熔池部位的金属而言，其在一段时间内完全丧失了承载能力，对于熔池周围的受热影响区域而言，离熔池较近的区域（高温热影响区）短时间内变软承载能力下降，长时间内金相结构发生变化；离熔池较远的区域（底温热影响区）也在一定程度上出现承载能力下降；而构件上还承载着一定的荷载，承载能力下降后，可能会造成构件折弯垮塌。
[0005]二是在焊接完成后连接强度会一定程度上下降。焊接的连接强度依赖于熔池部位的金属固化。而如果被连接的构件（比如一根上面顶着东西的钢柱）内部带有应力，则熔池部位的金属固化过程会需要在内部有应力的情况下完成，这势必会影响到金属的结晶，导致连接强度下降。
[0006]因此如果需要进行带应力焊接的话，在焊接方案制定后需要进行可行性校验。
[0007]北京的某建筑改造项目中就遇到了这种需要进行带应力焊接的施工场景。现有技术中有限元模拟的方式已经能够模拟带应力焊接过程。但为了让前处理和后处理能够顺利进行且计算能够在可接受的时间内完成，在进行有限元模拟前，必须进行很多的简化假设。有限元模拟的结果与实际情况有一定的偏差。制作实物模型（全尺寸模型或缩尺模型皆可，取决于具体构件的尺寸）进行加载试验（用作动器向构件施加荷载直到构件坏掉）相较于有限元模拟更加可靠，但实物模型的制作过程中也需要涉及到带应力焊接，在焊接过程中同样存在危险，且进行加载试验时作动器的选型存在困难（作动器需要把模型给压坏，但不知道施加多大的力才能把模型压坏，因此不知道选什么规格的作动器）。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种带应力焊接可行性校验方法。
[0009]解决的技术问题是：带应力焊接为焊接施工的大忌，很容易带来安全事故，因此在焊接前必须校验焊接方案是否可行，但现有技术中缺乏带应力焊接是否可行的校验方法。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种带应力焊接可行性校验方法，用于在已有承重构件上焊接新承重构件时焊接方案是否可行；所述已有承重构件在焊接时处于使用状态且内部带有应力；所述校验方法包括以下步骤：步骤一：设计已有承重构件与新承重构件之间的焊接方案，焊接方案包括焊缝排布方式、焊接参数、以及焊接时的焊枪轨迹；步骤二：在有限元软件中建立已有承重构件与新承重构件的有限元模型，然后依次在以下两种条件下模拟已有承重构件与新承重构件的焊接过程：条件a1：在已有承重构件上施加其使用荷载，然后按步骤一的焊接方案模拟设计的焊接过程，若焊接过程中已有承重构件发生屈服，则返回步骤一重新设计焊接方案，若焊接过程中已有承重构件不发生屈服，则条件a1焊接完成后的模型整体记作验证有限元模型，然后进行条件b1下的焊接模拟；条件b1：在已有承重构件上不施加荷载的前提下模拟焊接过程，条件b1焊接完成后的模型整体记作对照有限元模型；步骤三：在对照有限元模型的已有承重构件上施加与验证有限元模型中相同的荷载，然后分别在对照有限元模型以及验证有限元模型中的新承重构件中施加越来越大的荷载直至模型整体中发生屈服或焊缝被破坏，发生屈服或焊缝被破坏时的荷载记作模拟极限荷载；若验证有限元模型中的模拟极限荷载小于新承重构件的设计荷载，则返回步骤一重新设计焊接方案，否则进行后续的比较过程：若验证有限元模型中的模拟极限荷载相较于对照有限元模型中的模拟极限荷载下降的幅度超出设计允许的最大值，则返回步骤一重新设计焊接方案，否则进行下一步；步骤四：以实物模型的形式制作两套已有承重构件以及两套新承重构件，并分别在以下两种条件下焊接连接已有承重构件与新承重构件：条件a2：在已有承重构件上施加其使用荷载，然后按步骤一的焊接方案完成焊接，条件a2焊接完成后的模型整体记作验证实物模型；条件b2：在已有承重构件上不施加荷载，然后按步骤一的焊接方案完成焊接，条件b2焊接完成后的模型整体记作对照实物模型；在对照实物模型的已有承重构件上施加与验证实物模型中相同的荷载，然后分别在对照实物模型以及验证实物模型中的新承重构件中施加越来越大的荷载，直至模型整体中发生屈服或焊缝被破坏，发生屈服或焊缝被破坏时的荷载记作试验极限荷载；若验证实物模型中的试验极限荷载小于新承重构件的设计荷载，则返回步骤一重新设计焊接方案，否则进行后续的比较过程：若验证实物模型中的试验极限荷载相较于对照实物模型中的试验极限荷载下降的幅度超出设计允许的最大值，则返回步骤一重新设计焊接方案，否则当前焊接方案校验通过。
[0011]进一步，若步骤二与步骤四搭建的模型为缩尺模型，则步骤二与步骤四的模型的缩尺比相同，且施加在模型上的荷载以及用于比较的荷载均根据相似原则进行缩放。
[0012]进一步，步骤二中，有限元模型中的材料性能曲线为由材性试验的应力应变曲线化简得到的双折线模型，材料性能曲线对应的本构方程如下：
式中，σ
s
、ε
s
——钢筋应力及其对应的应变；f
y
——钢筋的屈服应力；E
s
——钢筋的弹性模量；ε
y
——钢筋的屈服应变，取ε
y
=f
y
/E
s
；E
s'
——钢筋的切线模量，取E
s'
=0.01E
s
。
[0013]进一步，步骤二中，采用生死单元法模拟焊接过程。
[0014]进一步，所述已有承重构件为带有轴向应力的方钢管立柱，所述新承重构件为下端焊在已有承重构件侧面的方钢管斜柱，所述斜柱侧面底部还设置有撑柱梁，步骤四中，采用分别设置在立柱和斜柱顶部的作动器沿轴向施加荷载。
[0015]进一步，所述验证实物模型以及对照实物模型中分别设置有用于监测向新承重构件施加荷载过程中模型发生的形变及位移的监测系统，所述监测系统包括用于采集模型位移数据的位移计、用于采集模型形变数据的应变传感器、以及用于记录模型外观变化以及试验数据的试验记录摄像头。
[0016]进一步，所述位移计设置在已有承重构件顶部、已有承重构件侧面、新承重构件顶部、以及撑柱梁的实物模型侧面，位于已有承重构件侧面的位移计沿竖直方向间隔设置；验证有限元模型的应力云图中应力极值点所在截面记作易损截面，所述应变传感器围绕易损本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带应力焊接可行性校验方法，用于在已有承重构件（1）上焊接新承重构件（2）时焊接方案是否可行；所述已有承重构件（1）在焊接时处于使用状态且内部带有应力；其特征在于：所述校验方法包括以下步骤：步骤一：设计已有承重构件（1）与新承重构件（2）之间的焊接方案，焊接方案包括焊缝排布方式、焊接参数、以及焊接时的焊枪轨迹；步骤二：在有限元软件中建立已有承重构件（1）与新承重构件（2）的有限元模型，然后依次在以下两种条件下模拟已有承重构件（1）与新承重构件（2）的焊接过程：条件a1：在已有承重构件（1）上施加其使用荷载，然后按步骤一的焊接方案模拟设计的焊接过程，若焊接过程中已有承重构件（1）发生屈服，则返回步骤一重新设计焊接方案，若焊接过程中已有承重构件（1）不发生屈服，则条件a1焊接完成后的模型整体记作验证有限元模型，然后进行条件b1下的焊接模拟；条件b1：在已有承重构件（1）上不施加荷载的前提下模拟焊接过程，条件b1焊接完成后的模型整体记作对照有限元模型；步骤三：在对照有限元模型的已有承重构件（1）上施加与验证有限元模型中相同的荷载，然后分别在对照有限元模型以及验证有限元模型中的新承重构件（2）中施加越来越大的荷载直至模型整体中发生屈服或焊缝被破坏，发生屈服或焊缝被破坏时的荷载记作模拟极限荷载；若验证有限元模型中的模拟极限荷载小于新承重构件（2）的设计荷载，则返回步骤一重新设计焊接方案，否则进行后续的比较过程：若验证有限元模型中的模拟极限荷载相较于对照有限元模型中的模拟极限荷载下降的幅度超出设计允许的最大值，则返回步骤一重新设计焊接方案，否则进行下一步；步骤四：以实物模型的形式制作两套已有承重构件（1）以及两套新承重构件（2），并分别在以下两种条件下焊接连接已有承重构件（1）与新承重构件（2）：条件a2：在已有承重构件（1）上施加其使用荷载，然后按步骤一的焊接方案完成焊接，条件a2焊接完成后的模型整体记作验证实物模型；条件b2：在已有承重构件（1）上不施加荷载，然后按步骤一的焊接方案完成焊接，条件b2焊接完成后的模型整体记作对照实物模型；在对照实物模型的已有承重构件（1）上施加与验证实物模型中相同的荷载，然后分别在对照实物模型以及验证实物模型中的新承重构件（2）中施加越来越大的荷载，直至模型整体中发生屈服或焊缝被破坏，发生屈服或焊缝被破坏时的荷载记作试验极限荷载；若验证实物模型中的试验极限荷载小于新承重构件（2）的设计荷载，则返回步骤一重新设计焊接方案，否则进行后续的比较过程：若验证实物模型中的试验极限荷载相较于对照实物模型中的试验极限荷载下降的幅度超出设计允许的最大值，则返回步骤一重新设计焊接方案，否则当前焊接方案校验通过。2.根据权利要求1所述的一种带应力焊接可行性校验方法，其特征在于：若步骤二与步骤四搭建的模型为缩尺模型，则步骤二与步骤四的模型的缩尺比相同，且施加在模型上的荷载以及用于比较的荷载均根据相似原则进行缩放。3.根据权利要求1所述的一种带应力焊接可行性校验方法，其特征在于：步骤二中，有限元模型中的材料性能曲线为由材性试验的应力应变曲线化简得到的双折线模型，材料性
能曲线对应的本构方程如下：式中，σ
s
、ε
s
——钢筋应力及其对应的应变；f
y
——钢筋的屈服应力；E
s
——钢筋的弹性模量；ε
y
——钢筋的屈服应变，取ε
y
=f
y
/E
s
；E
s'
——钢筋的切线模量，取E
s'
=0.01E
s
。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：初子华，张霄，于宗飞，李旭，刘继宇，李锡明，肖慧鹏，张海龙，王亮，孟云波，刘庆伟，席小红，兰春光，
申请(专利权)人：北京金隅地产开发集团有限公司，
类型：发明
国别省市：