本文是一篇建筑学论文，建筑学作为建筑龙头专业，学习过程中相关专业都有所涉及，毕业后可视自身条件经自学或培训参与建筑相关的各类工作。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇建筑学论文，供大家参考。
第一章 绪 论
1.1 引言
钢桁架作为一种主要的承重结构，在现代建筑行业中应用十分广泛，例如机械领域的吊车梁、桥梁领域的桁架、建筑领域的屋顶盖以及海洋工程领域的采油平台都起到了不可替代的作用。由于钢桁架具有优良的力学性能，无论是抗拉、抗压还是抗剪方面都优于很多建筑材料，而且钢结构自重轻，克服了传统建筑材料混凝土的自重大、抗拉性能差的缺点[1]，所以在修建大型重要建筑过程中钢桁架结构是很多设计施工人员的首选。据 2017 年 3 月中国信息网报告：在过去 30 年中，我国钢产量有了飞跃的增长，截至于 2016 年 12 月，我国粗钢产量达到 8.1 亿吨，从横向方面，在 1999 年，我国的粗钢产量仅占全球粗钢产量的百分之九，而现在我国粗钢产量超过全球粗钢产量的一半；从纵向方面，1999 年，我国的粗钢产量只有 6603.8 万吨，在过去 20 年中，我国的粗钢产量保持平均每年 10.1%的复合增长率，达到目前的 8.1 亿吨。在消费方面，我国的钢消费从 20002 年的 1.4 亿吨增长到 2016 年的 7.1 亿吨，保持了 16 年 14.5%的复合增长率，中国粗钢产量及增率如图 1-1 所示，2000-2016 年中国粗钢表观消费量如图 1-2 所示：
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1.2 焊接残余应力数值模拟综述
1.2.1 焊接结构的性能
焊接结构的好坏由材料性能和焊接工艺两方面保证，材料的选择保证建筑物整体的稳定性，而焊接工艺的效果决定物体局部的承受能力，所以为了满足钢结构节点的特定使用要求，了解钢结构节点的焊接性能是每个作业人员必备的知识[5]。效能表示一个结构在特定的条件下保证其稳定性的能力，即体现了结构完成其特定目标的能力，结构效能是结构中各个部件效能的总和，结构效能是结构中各个部件效能的集中体现。结构效能是结构稳定性能的固有体现，是结构稳定的一种计量方式，在考虑结构选择上，结构效能能够指导材料的加工工艺以及选择流程，对于结构的制造具有优化作用。寿命周期费用包含了结构在焊接过程中，从材料的选择、结构的设计、结构的计算、构建的焊接以及最后结构退出使用阶段的所有费用[6]。在寿命周期费用计算过过程中，不仅仅只取决于结构效能，还取决于耐久性、维修性、安全性等方面的内容。所以一个结构的寿命周期费用是各反面的体现，是由众多因素共同决定的，而在其计算过程中，焊接工艺的影响往往被设计施工人员忽略，这对于焊接结构的影响是十分不利的。
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第二章 焊接原理与基本理论
2.1 焊接热源介绍
焊接热源能为焊接提供热能，将金属焊件牢固地焊接在一起，是焊接工艺中不可或缺的条件之一。随着焊接热源的不断发展，现代焊接工艺也日新月异，不断革新。这主要归功于人们在不断地实践过程中不断地发现了新的热源，并不断地推广新的焊接技术。19 世纪 80 年代，碳弧焊问世，这是一种利用碳弧产生的高温来熔化金属达到焊接目的的方法。几年之后，人们改进了这种方法，利用金属极代替碳极来焊接构件。上个世纪初，人们又在实践生产中发展了一种带有薄药皮的焊条，紧接着又发展了带有厚药皮的焊条，由此形成了至今仍在广泛使用的一种焊接方法——电弧焊。与碳弧焊差不多同时问世的还有氧-乙炔火焰焊接的方法，这种方法仍然沿用至今，使用也非常广泛。1940~1950 年间，人们发展了一种称为电阻焊的工艺。这种焊接方法采用电阻发热作为热源进行焊接。同时人们又发展了另外一种焊接工艺，被称为埋弧焊，这是一种利用焊剂燃烧电弧的方法产生的热量进行焊接。20 世纪中叶，人们在焊接工艺中引入了不与空气发生反应的气体来保护焊接构件，由此形成了气体保护焊以及惰性气体保护焊。这一时期，电渣焊也相继问世，它是一种利用熔渣通电产生热量进行焊接的工艺。1960 年后，人们又发现，利用高速运动的电子猛烈撞击金属表面产生的热量也可对构件进行焊接，因此产生了电子束焊以及等离子焊接。1970 年后，得益于激光技术的迅猛发展，激光焊也逐渐发展起来了，成为了一种新的焊接热源。到目前为止，各种各样的焊接热源被人们发展起来，但人们仍在探索更加高效、清洁的能源作为焊接热源，比如太阳能，高能粒子束等等。
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2.2 热传导基本理论介绍
根据热力学第二定律，空间中的温度如果存在不同，就会有热量在空间中相互流动，同时是热量大的地方向热量小的地方流动。焊接构件在焊接时升温，使得一部分区域温度很大，一部分区域温度相对较小，构件存在着很大的温度梯度。所以就会导致热量在空间中发生流动，这也被称为热交换。热交换或者热量的流动有几种不同的模式。一种是传导，一种是对流，还有一种是辐射。热传导发生在非流动状态物体的里面，有时会发生在非流动物体与非流动物体之间。发生在非流动物体与非流动物体之间需要这两个物体存在一定的接触面。当物体的某个区域分子运动加剧，分子动能增大。进而导致温度升高，这部分固体的原子核外自由电子就会有较大的动能，但由于其质量不变，所以其速度会大大增加。而且，这些微观粒子的振动频率也会升高。这样，与这些能量升高的微观粒子相接处的原子、分子、或者离子也会能量增大，由此就发生了热量的传导或者流动，流动的方向由温度梯度决定。温度的梯度越大，这种热量的传导或者流动就越剧烈，越明显。
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第三章 焊接残余应力的有限元模拟计算基础......20
3.1ANSYS 软件概述..........20
3.2 焊接温度场的有限元模拟.....21
3.3 焊接应力场与应变场的有限元模拟.........23
3.4 本章小结............. 26
第四章 钢桁架节点焊接温度场有限元模拟..........27
4.1 有限元模型的建立.......27
4.2 焊接温度场分析...........29
4.3 焊接区域的应力场分析.........37
4.3.1 焊接残余应力场分布概述.............37
4.3.2 K 型节点焊接残余应力分析.........41
4.4 本章小结............. 43
第五章 焊接残余应力对节点极限承载力的影响............44
5.1 有限元模型......... 44
5.1.1 有限元前处理.............44
5.1.2 荷载施加及边界条件...........45
5.2 未考虑焊接残余应力时焊缝材极限承载能力.............46
5.3 考虑焊接残余应力时焊缝材料极限承载能力.............48
5.4 焊接残余应力对 K 型节点整体极限承载能力的影响......51
5.5 本章小结............. 56
第五章 焊接残余应力对节点极限承载力的影响
目前对于钢桥架梁桥在外力荷载作用下的强度分析大多数都忽略了残余应力对结构强度的影响，并不能够真实的反应出结构应力的分布情况。构件焊后存在的应力会明显的影响着结构的受力行为，而对于这种在工程结构分析中忽略掉了残余应力的影响明显存在着一定的不足。本章将对含有残余应力的构件施加外荷载，查看含有残余应力的构件在外力作用下时应力的分布情况，并讨论焊接残余应力与 K 型钢节点极限承载能力的影响。
5.1 有限元模型
5.1.1 有限元前处理
本文的结构分析对象选为某大型空中连廊一榀主桁架，其几何模型见图 5-1所示。该主桁架包含多个 K 型节点，若全部对其进行焊接残余应力的计算，并进行极限承载能力分析，其计算规模是十分巨大的，也是不切实际的。而若单独对某一节点进行极限承载能力分析，又无法准确确定节点各个截面的真实内力值。因此，本文提出一种梁单元与实体单元耦合计算分析方法，即对某一关心的节点进行精细的划分，而对于其他杆件，则只考虑通过梁单元计算产生内力值，其有限元模型如图 5-2 所示。在 K 型节点的实体模型截面断面，通过设置全截面刚性连接与梁单元耦合，根据圣维南原理，当经过一段距离的稀释后，边界条件对真实的应力分布影响较小，其模型设置见图 5-3 所示。
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结论
本文通过有限元 ANSYS 分析软件对钢桁架中 K 型节点焊接的温度场和残余应力应变场进行了分析，进一步地研究了钢桁架结构节点的残余应力对结构的力学性能影响分析，得到以下结论：#p#分页标题#e#
（1）本文利用有限元软件 ANSYS 对提出的温度场以及应力应变场进行模拟研究，得到了钢桁架焊接节点的温度场和应力应变场，对实际工程具有一定发的参考价值；
（2）本文利用高斯热源函数模拟焊接热源的移动情况，通过 ANSYS 有限元软件的 APDL 编程语言实现了焊接的热源移动，这为残余应力计算打下基础，更为评估焊接点承载能力提供理论支持；
（3）在本文的焊接条件下，桁架中 K 型节点焊缝处残余应力达到了 223MPa，科学的量化了焊接残余应力水平，为残余应力影响分析提供了参考数据。
（4）焊接残余应力对焊缝附近区域屈服荷载影响较大，即当存在焊接残余应力时，焊缝附近区域会在更小的外荷载作用开始产生屈服，继而转变为裂缝危及结构整体安全。
（5）当焊缝数量较少时，焊接残余应力对 K 型节点的整体极限承载能力影响较小。
（6）同时本文提出了一种相对准确的计算 K 型节点极限承载能力的有限元模拟方法，该方法能够较好的得到在真实结构下的荷载水平。
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参考文献（略）
