本文在综述国内外大型焊接结构焊后残余应力测试及数值模拟研究的基础上，采用试验和数值计算相结合的方法对吊篮筒体和堆芯板等核电大型厚壁结构焊接残余应力状态进行了分析，并研究了该类大型结构焊接残余应力的高效数值计算方法。首先在二维轴对称模型基础上进行焊道数目简化以及载荷步数优化，为三维模型高效计算提供基础；然后建立厚壁结构的三维模型，实现了大型核电结构焊接残余应力的高效计算并分析了其焊接残余应力状态；研究移动热源、带状热源、带状热源长度和网格环向长度等因素对模型计算精度的影响；研究了重力、打磨焊道和修补焊长度对焊接残余应力的影响以及引弧熄弧处的应力状态。采用X射线衍射法对环焊缝轴向和环向残余应力进行测试，并对比分析模拟计算结果和实际测试结果。焊道简化和载荷步优化结果表明：简化二维轴对称28道模型计算结果和实际测量结果在分布趋势和数值上均较一致；简化的13道模型其计算结果与未简化的28道模型计算结果基本一致。采用简化为16步载荷加载方案计算时间最短，缩短为0.28小时，计算效率较原210步加载方案提高了约14倍；计算结果数值和趋势均和未优化计算一致。针对热源模型的研究表明：移动热源模型和带状热源模型在计算精度方面差别不大，温度场和应力场计算结果均有着较好的一致性，而带状热源计算时间减少了3/4。网格环向长度为30mm的模型其计算结果与15mm长模型计算结果一致，计算时间缩短为15mm长环向网格模型的37%，兼顾了计算精度和计算效率；不同带状热源分段数的应力计算结果较为一致，但变形计算结果相差很大，随着热源分段数增多，变形计算结果误差降低。以高效热源模型和优化载荷步加载计算获得的三维焊接残余应力场其应力分布状态和数值与实际测试结果一致；引弧熄弧处都存在着不同程度的应力起伏；重力对应力计算结果影响很小。打磨余高对焊后残余应力的分布影响较小，逐层打磨时，沿焊缝厚度方向的各方向应力分布曲线呈现沿逆时针方向转动的趋势，应力的分布趋势不发生改变，但峰值随着焊道数减少而不断增大。随着修补长度的增加，径向残余应力分布曲线绕焊缝中部呈现顺时针方向旋转趋势；环向残余应力分布曲线逐渐变陡；轴向残余应力逐渐降低，在修补焊道两端趋势尤为明显；等效残余应力变化不大。