交通运输的持续发展,对桥梁的承载能力和跨越能力有了更高的要求,钢结构桥梁的数目也随之增加。为满足承载和跨越能力的要求,高强钢厚板在钢桥中的运用也越来越普遍。焊接是桥梁钢厚板连接的主要方式,但其产生的焊接残余应力不仅数值较大,而且空间分布复杂。这会严重影响钢结构的制造和安装精度,也会给桥梁结构的疲劳寿命及耐久性等带来不利影响。目前习惯假定焊接残余应力沿板厚方向均匀分布,然而对厚板而言,该假定势必会带来较大的设计计算误差,给桥梁结构的正常使用留下安全隐患。因此本文针对桥梁钢厚板对接焊焊接残余应力空间分布和相应调控技术开展了系统研究。(1)介绍了桥梁钢厚板的应用情况、厚板焊接残余应力的分布特点及其危害。从焊接残余应力测试方法、桥梁钢焊接残余应力的测试与模拟、桥梁钢焊接残余应力调控,三个方面着手对国内外研究现状进行了分析总结;指出了当前研究工作中存在的不足,并基于这些问题确立了本文的研究目标和内容。(2)为消除盲孔法测试高值残余应力时孔边应力集中对测试精度的影响,拓展盲孔法应变释放系数经验公式的适用范围。引入蒙塔卡罗法对经验公式中各影响因素进行随机抽样,预测了经验公式的合理取值范围。并通过与低碳钢Q345qD的应变释放系数分级标定试验值进行对比,验证了计算结果的合理性。(3)设计制造了6种不同厚度(16、30、40、60、80、100 mm)的Q345qD全熔透对接焊试板,采用局部逐层铣削盲孔法针对不同厚度焊接试样开展了焊接残余应力空间分布的测试研究。基于测试值构造二维应力云图,直观地分析了板厚对焊接残余应力分布的影响;并基于实测数据修正了现有的焊接残余应力分布经验公式,修正后的经验公式可以更全面地反映Q345qD钢板对接焊焊接残余应力的空间分布规律。(4)在ABAQUS软件中建立16、30 mm厚焊接试板的三维有限元模型,基于热弹塑性有限元法对试板的焊接过程进行了模拟。分析了残余应力场的演化机理,揭示了钢板厚度、材料塑性应变硬化参数对残余应力场的影响。通过与残余应力实测结果对比,验证了模型的预测精度,为后续进一步分析焊接残余应力对疲劳断裂性能的影响奠定了基础。(5)基于有限元模拟所获得的30 mm厚试板中焊接残余应力空间分布特征,在线弹性断裂力学的框架内,采用权函数法和有限元法分别研究了不同裂纹几何形态下(纵横比和相对深度)焊接残余应力空间分布对半椭圆表面裂纹应力强度因子的影响。(6)为研究喷丸强化处理对材料表面残余应力场的影响,建立了三维随机弹丸喷丸模型,结合MATLAB图像处理技术,提出了计算喷丸覆盖率的新方法。并与现有PEEQ(等效塑性应变)法和经验公式法的计算结果进行了对比,验证了新方法的合理性和正确性。(7)针对Q345qD钢初始无应力试样和焊接试样开展了表面喷丸处理试验,对比研究了焊接试样喷丸前后表层残余应力的变化;并对无应力试板喷丸后表面残余应力和粗糙度进行了测试,结合三维随机弹丸模型,研究了不同喷丸覆盖率下残余应力场和表面粗糙度的演化规律,以寻求改善焊缝处残余应力分布和构件表面形态的有效途径。