在现代工业中，厚板焊接结构已经广泛应用于石油、化工、船舶、核电等行业。但在厚板结构的焊接过程中，由于焊接热源的局部加热和非均匀的冷却作用，焊后，在焊件的表面及内部往往会产生较大的焊接残余应力，这对结构的应力腐蚀开裂、脆性断裂、疲劳等性能均产生较大的影响。因此，准确预测和弄清焊接接头残余应力分布，特别是内部残余应力，是结构完整性评价的前提。　　本文以35 mm厚板双V型坡口多层焊焊接接头为研究对象，分别采用X射线法、盲孔法、全释放法对焊接接头的表面残余应力进行实验测试，并对比了三种方法的应力测量结果及探讨了测量结果之间存在差异的原因。由此获得了垂直焊缝截面上的残余应力的分布规律。结果表明，三种方法测得的残余应力分布规律一致，在离焊缝中心线相同距离的位置，盲孔法的应力测试值往往比全释放法的高，而X射线法的最低。此外，上、下表面的纵向残余应力分布状态相似，下表面的最大应力比上表面的稍高;而上、下表面的横向应力分布曲线则存在明显的区别，这些说明了厚板结构进行内部残余应力测试的必要性。　　采用固有应变法对焊接接头内部的残余应力进行了测试，获得了沿厚度方向分布的三维残余应力。结果表明，在厚度方向上，纵向应力明显比横向的高，两者的最大应力均出现在上表面，分别为325 MPa和257 MPa;而最小应力出现在距上表面约13mm的位置处，分别约为196 MPa和-36 MPa。在整个厚度上，纵向应力全部为拉应力，横向应力则为拉-压-拉应力交替分布的状态。　　利用ABAQUS软件对厚板多层焊结构的焊接过程进行了三维有限元数值模拟，分析了焊接温度场、残余应力场，并采用焊缝截面的形状和残余应力测量结果对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明，模型计算结果与实验测试结果吻合良好。本文还研究了沿厚度方向残余应力的演变规律，研究发现，在本文的焊接方式下，第五层焊道对残余应力的最终分布状态具有非常大的影响。此外，还考察了焊接方向对焊接残余应力的影响，结果表明，相邻焊层间采用相反的焊接方向可以降低焊趾处的残余应力。