基于ANSYS模型大跨越输电塔钢管_板节点焊接残余应力分.pdf

2012年第6卷第2期南方电网技术研究与分析2012，Vol.6，No.2SOUTHERNPOWERSYSTEMTECHNOLOGYStudy&Analysis文章编号：1674-0629(2012)02-0108-04中图分类号：TM754文献标志码：A基于ANSYS模型大跨越输电塔钢管-板节点焊接残余应力分析贾玉琢1，张亮2，林丽3（1.东北电力大学建筑工程学院，吉林吉林132012；2.郑州供电公司，郑州450000；3.白城市隆盛建筑有限公司吉林白城137000）摘要：钢管-板节点连接是大跨越输电钢管塔常用的连接方式，焊接残余应力是影响节点受力的主要因素。基于ANSYS的焊接模拟方法，采用生死单元技术，对节点的温度场和应力场进行数值模拟，分析了钢管-板连接节点的焊接残余应力对极限承载力的影响。结果显示，焊接残余应力在焊缝区及其附近最大，是导致焊缝断裂的主要原因。关键词：输电塔；钢管-板连接节点；焊接；残余应力AnalysisontheResidualWeldingStressinSteelTube-PlateJointsofLongSpanTransmissionTowersBasedonanANSYSModelJIAYuzhuo1,ZHANGLiang2,LINLi3(1.SchoolofArchitectureEngineering,NortheastDianliUniversity,Jilin,Jilin132012,China;2.ZhengzhouPowerSupplyCompany,Zhengzhou450000,China;3.BaichengLongshengConstructionCo.,Ltd.,Baicheng,Jilin137000,China)Abstract:Steeltube-plateconnectedjointiscommonlyusedinlargecrossingtransmissionsteeltower,theweldingresidualstressisthemainfactorsaffectingthejoint.BasedonweldingsimulationmethodofANSYS,usingthelifeanddeathofnodeselementtechnique,thetemperaturefieldandstressfieldatthenodesarenumericallysimulated,theeffectoftheresidualstressanddeformationtoultimatebearingcapacityisanalysed.Theresultsshowthatweldingresidualstressintheweldzoneanditsvicinityisthelargest,soitisthemaincauseofweldfracture.Keywords:transmissiontower;steeltube-plateconnectedjoint;welding;residualstress输电塔是高柔结构，通常处于比较恶劣的气候焊缝常采用全熔透焊、部分熔透焊和角焊缝[2]，本条件，在塔-线耦合作用下，其受力状态非常复杂。文采用角焊缝；同时以舟山与大陆联网输电线路工钢管-板连接节点是大跨越输电塔中常见的节点形程为背景，采用了与该工程中大跨越塔节点相同尺式[1]。由于焊接过程中高度集中的瞬时热输入产生寸的节点模型。主管和节点板钢材分别为Q345、很大的动态应力，焊后将产生相当大的焊接残余应Q235钢[34]。力和残余变形。本文采用有限元ANSYS软件，建立钢管-板连接节点的有限元模型，采用热力耦合分析方法对钢管-板连接节点进行焊接数值模拟,获得焊接温度场及残余应力场的分布规律，为钢管-板连接节点设计提供参考。1钢管-板连接节点有限元建模图1钢管-板连接节点的几何尺寸1.1模型的几何尺寸Fig.1TheSizeofSteelTube-PlateConnectedJoint钢管-板连接节点由1根主管和1块节点板焊接1.2温度场与应力场计算模型而成，几何尺寸见图1。节点处主管与节点板间的焊接过程是温度不断变化的瞬时热过程，焊缝第2期贾玉琢，等：基于ANSYS模型大跨越输电塔钢管-板节点焊接残余应力分析109以及附近区域温度变化大，生成的热应力较大，变的物理性能和力学性能随温度变化的规律，如表1、形也较明显，因此在焊缝及周围区域采用较细的网表2所示[7]，对缺乏的高温数据进行适当的拟合。格，而在离焊缝较远的区域，温度变化相对较小，本文结果的初始温度取为室温（20℃）[8]。生成的热应力较小，热变形也不明显，这时可以忽2焊接残余应力结果与分