Investigation and Characterization of Residual Stress on Prestressed Steel I-Beams Manufactured by Welding

Abstract

The purpose of this study is to determine type and magnitude of residual stresses occurring on steel I-beams, which are manufactured by using prestressing with welding method. In order to achieve this purpose, 50, 100, 150, 200 and 272 MPa prestressed steel I-beams (PSIB) are manufactured. Residual stresses on these beams are determined with the hole-drilling method. As determined, the longitudinal residual tensile stress increases with increasing prestressing stress up to 200 MPa. As also detected, the residual tensile stress up to 92 MPa on crosscut in surface centre of lower flange occurs, and it converts to residual compressive stress through edges of lower flange. Moreover, residual compressive stress is determined at web of beam. This stress converts to tensile stress on lower flange, and this variability on stress type creates shearing stress on welding seam.

Мета цієї роботи – визначити тип та величину залишкових напружень, які виникають у сталевих двотаврових балках, виготовлених з використанням методи зварювання з попереднім напруженням. Для досягнення цієї мети було виготовлено сталеві двотаврові балки з попереднім напруженням у 50, 100, 150, 200 і 272 МПа. Залишкові напруження в цих балках визначалися методою свердління отворів. Було встановлено, що поздовжнє залишкове розтягувальне напруження зростає зі збільшенням попереднього напруження аж до 200 МПа. Було також виявлено, що виникає залишкове розтягувальне напруження аж до 92 МПа на поперечному перерізі в центрі поверхні нижнього фланця, і воно перетворюється в залишкове напруження стискання через краї нижнього фланця. Крім цього, залишкове напруження стискання визначалося біля стінки балки. Це напруження перетворювалося в розтягувальне напруження на нижньому фланці, й така варіябельність типу напруження створює напруження зсуву на зварному шві.

Цель данной работы – определить тип и величину остаточных напряжений, возникающих в стальных двутавровых балках, изготовленных с использованием метода сварки с предварительным напряжением. Для достижения этой цели были изготовлены стальные двутавровые балки с предварительным напряжением 50, 100, 150, 200 и 272 МПа. Остаточные напряжения в этих балках определялись методом сверления отверстий. Было установлено, что продольное остаточное растягивающее напряжение возрастает с возрастанием предварительного напряжения вплоть до 200 МПа. Было также обнаружено, что возникает остаточное растягивающее напряжение вплоть до 92 МПа на поперечном разрезе в центре поверхности нижнего фланца, и оно преобразовывается в остаточное напряжение сжатия через края нижнего фланца. Кроме того, остаточное напряжение сжатия определялось у полки балки. Это напряжение преобразовывалось в растягивающее напряжение на нижнем фланце, и такая вариабельность типа напряжения создаёт напряжение сдвига на сварном шве.