低合金高强钢因其具有较高的强度、良好的综合力学性能和加工性能等优点，被广泛应用在桥梁工程、建筑结构、输电塔、海洋平台、船舶制造等领域中。焊接是钢结构制造中最常用的连接方法，然而，由于焊接温度场的不均匀性以及焊接中材料力学行为的高度非线性，使得钢结构件中不可避免地产生焊接残余应力和变形。此外，钢结构件一般尺寸较大，试件较厚，在焊接时常采用多层多道焊。多层多道焊时单道焊缝之间存在热循环交替作用，相邻焊层之间也存在热处理作用，致使最终的焊接残余应力分布与变形比单道焊更为复杂。焊接残余应力不仅会导致焊接裂纹的产生，使疲劳强度降低，甚至会诱发结构件的脆性断裂。同时，焊接变形不仅会降低构件的制造精度，引起构件的装配问题，还会因矫正构件变形而增加成本，延长制造周期。因此，开展对高强钢厚板焊接结构件中的残余应力分布和变形的相关研究，对于钢结构的安全性评估具有非常重大的意义。　　本研究以有限元软件MSC.Marc为平台，首先开发了适用于模拟平板单道堆焊接头的焊接温度场、残余应力和变形的热-弹-塑性有限元计算方法。利用所开发的计算方法，计算了Q345平板堆焊接头的温度场和应力应变场，研究了焊接热输入和热源模型对单道堆焊接头焊接残余应力和变形的影响。然后，开发了用于预测厚板多层多道焊接过程的热-弹-塑性有限元计算方法，采用数值和试验的方法对平板对接K型接头、考虑了焊前预变形的T型接头的焊接残余应力分布和变形情况进行了详细研究，分析了残余应力和变形的形成机理和演变过程，并探究了热源模型对平板对接 K型接头残余应力和变形的影响。此外，通过数值模拟和试验相结合的方法研究了焊接顺序对拼焊 H型钢对接接头残余应力分布和变形的影响。结果表明：移动热源和瞬间热源的残余应力计算结果非常相近，然而瞬间热源计算得焊接变形结果明显偏小，但瞬间热源能明显节约计算时间，提高计算效率；随着焊接热输入的增加，残余应力的峰值和分布趋势大致相同，只是拉伸应力区域宽度有所增大。横向收缩和角变形都随着焊接热输入的增加而增大；厚板对接接头多层多道焊时在焊缝及其附近呈现纵-横双向高拉应力状态，而在厚度方向的应力值相对较小；K型坡口先焊一侧焊接时角变形随着焊道数增加而不断增加，在焊接后焊一侧时，由于焊道布置的几何特征，角变形被部分抵消；T型接头在焊缝及其附近区域表现为三向应力状态，且在腹板和翼缘板中央应力都呈拉-压-拉交替分布状态；在先焊一侧焊接变形不断增大且增大的幅度逐渐减小，后焊一侧焊接时变形被抵消逐渐减小且减小的幅度远小于先焊一侧；焊接顺序对 H型钢腹板残余应力的影响较为明显，焊接顺序既可以改变应力分布的形状，又可以改变应力值的大小。然而，焊接顺序对翼板残余应力和焊接变形的影响都不显著。