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收稿：2024-10-12，
修回：2025-01-09，
纸质出版：2025-07-20
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针对建筑钢管混凝土柱钢框架焊接变形预测精度不足的问题，本研究提出一种基于高精度有
限元模拟与固有应变理论的预测方法。首先利用ABAQUS软件构建精确的钢管混凝土柱有限元模型，模型包含方钢管柱、H型钢梁、内隔板，并填充混凝土，材料本构分别采用韩林海模型和双线性随动强化模型。其次，应用Visual-Mesh工具进行精细化的焊接网格划分与分组，并采用“生死单元”技术模拟8道CO
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保护焊的多层多道焊过程（焊接电压32 V，电流280 A，效率78.5%，焊接速度9~14 mm/s，时间间隔45 s）。最后，基于高斯热源模型计算热输入，提取并模拟焊接过程中产生的纵向固有应变和横向固有应变及其对应的固有应力，据此预测焊接变形量。在某高层建筑工程钢管混凝土柱上进行实验测试。结果表明，该方法预测的焊接变形量在
X、Y、Z
三个方向上的预测误差均低于10 mm。该方法预测精度高，为优化焊接顺序、控制焊接变形以及指导构件预变形提供了可靠依据，具备工程应用潜力。
To address the insufficient prediction accuracy of welding deformation in building steel tube concrete column frames
this study proposes a prediction method based on high-precision finite element simulation and inherent strain theory. Firstly
a precise finite element model of the concrete-filled steel tube column was constructed using ABAQUS software. The model includes square steel tube columns
H-shaped steel beams
internal diaphragms
and filled concrete. Material constitutive behaviors were defined using the Han Linhai model for concrete-filled steel tubes and the bilinear kinematic hardening model for steel. Secondly
the Visual-Mesh tool was employed for refined welding mesh partitioning and grouping. The multilayer multi-pass welding process with 8 passes of CO₂ shielded welding (welding voltage: 32 V
current: 280 A
efficiency: 78.5%
welding speed: 9-14 mm/s
time interval: 45 s) was simulated using the "birth and death element" technique. Finally
by establishing a Gaussian heat source model to calculate thermal input
the longitudinal and transverse inherent strains generated during welding and their corresponding inherent stresses were extracted and simulated. The welding deformation was predicted based on these parameters. Experimental tests were conducted on concrete-filled steel tube columns in a high-rise building project.
Results
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demonstrate that the prediction errors of welding deformation using this method are all below 10 mm in the X-
Y-
and Z-directions. The prediction accuracy of this method is high
providing a reliable basis for optimizing welding sequences
controlling welding deformation
and guiding component pre-deformation. It demonstrates significant practical potential for engineering applications.
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