考虑焊接影响的低屈服点钢LY100超低周疲劳破坏机理研究

为研究低屈服点钢材LY100在反复拉力作用下的力学性能,设计LY100钢与Q345钢或Q235钢焊接连接的材性试件,共进行4组18个材性试件的单调和反复受拉加载试验研究。获得6种不同加载制度下试件的荷载-位移曲线、应力-应变曲线、滞回性能、超低周疲劳破坏机理以及延性特征等。研究结果表明,焊接接头对试件的超低周疲劳性能有不利影响,焊接接头使LY100钢材力学性能的稳定性和延性变差;LY100钢与Q345钢或Q235钢焊接后,材性试件的强度提高但延性下降;反复拉力作用下,带有焊接接头的材性试件呈现强度硬化、延性下降的受力特征,而未带焊接接头的材性试件会产生强度下降、延性增强的现象。     

单调及循环拉伸下开孔Q235钢材力学性能试验研究

对33个Q235钢材性试件进行单向拉伸与循环拉伸加载下力学性能试验,对比试件的应力-应变曲线、荷载-位移曲线、骨架曲线,探讨试件在不同加载模式下的破坏机理、延性特征和滞回性能。试验结果表明,Q235钢材应力-应变曲线饱满,表现出良好的延性特征;开孔试件在孔洞周围应力集中现象明显;对比无开孔试件,开孔试件的耗能能力、抗拉强度和延性大幅度降低;试件开孔个数对试验结果有一定影响,开两个孔试件的延性及抗拉强度优于开一个孔的试件;试件耗能能力与加载模式的应变幅值和滞回圈数有关,试件耗能能力随应变幅值和滞回圈数的增大而增加。     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能试验研究

高强钢组合偏心支撑钢框架是一种耗能梁段采用屈服点较低的钢材(Q235,Q345),其他构件采用高强度钢材(Q460,Q690)的新型结构体系。为研究其抗震性能,对4个1∶2缩尺的单层单跨高强钢组合K形偏心支撑钢框架平面试件进行了单调加载试验和循环加载试验。试验以耗能梁段长度为变化参数,研究试件的破坏模式和主要抗震性能指标。研究结果表明,高强钢组合K形偏心支撑钢框架的承载力高、延性较好、耗能能力强;剪切屈服型试件的耗能能力好于弯曲屈服型;单调加载的破坏位移远比循环加载的大,前者的承载力高于后者,但相同位移时前者的荷载低于后者;循环荷载作用下试件破坏主要集中在第一道抗震防线耗能梁段上,此时高强钢构件基本处于弹性工作状态,残余变形较小;高强钢组合K形偏心支撑钢框架是一种有利于震后修复的双重抗侧力体系。     

配置不同屈服点钢筋的RC十字型节点试验

根据钢筋屈服点的不同,分别制作了一级钢筋、三级钢筋以及低屈服点钢筋的RC十字型节点;通过进行低周反复加载试验,得到了3种节点构件在水平荷载下的滞回曲线,分析比较了3种节点构件的耗能能力、延性、刚度退化等特征。试验结果表明:试件J-3在各级位移控制下第1循环的滞回环面积大于试件J-1、J-2;试件J-3的位移延性系数也远大于试件J-1、J-2;配置低屈服点钢筋的节点比配置一级钢、三级钢的节点耗能能力强,延性也有明显的提高。     

低屈服点钢扣板连接的试验研究

同心支撑框架被广泛用于钢结构房屋的抗震设计中。在地震激励下,同心支撑框架的支撑会承受循环拉压荷载。由于支撑的屈曲,其抗压强度通常低于抗拉强度,这可能会降低支撑框架的抗震性能。该文对采用弱扣板强支撑的设计理念进行了验证。扣板选用低屈服点钢(LYP),从而使设计的扣板在支撑屈曲前发生屈服。低屈服点钢的屈服强度很低,但其延性很好。通过一系列试验验证循环荷载作用下低屈服点钢扣板的性能。研究发现,在低屈服点钢扣板上增加槽型约束(STR)可以大大提高其抗震性能。在拉压荷载作用下,有槽型约束的低屈服点钢扣板可以提供类似大小的强度。扣板的耗能能力同样得到提高。基于此研究成果,给出低屈服点钢扣板的一些设计建议。     

不同加载方式下的PEC柱(强轴)抗震性能试验研究

基于现阶段关于PEC柱抗震性能方面研究的不足.以轴压比、钢材等级及加载方式为参数,设计制作了 8个PEC柱1:3缩尺模型并完成了低周往复加载试验.分析了试件的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能、强度退化、刚度退化等力学性能,研究结果表明:试件破坏形态为压弯破坏,滞回曲线基本呈对称的饱满梭形,具有良好的塑性变形及耗能能力.试件承载力随轴压比增加而增加,但同时也会造成延性性能变差.试件在等幅阶段多次循环及加大级差加载后的强度、刚度退化均相对稳定,承载力、耗能变化不大.单纯提高钢构件的强度并不能有效提高PEC柱的承载力,应注重钢材与混凝土的强度等级之间的匹配性,Q345钢不宜与强度等级低于C35的混凝土组合使用,为PEC柱构件在工程上的应用提供了参考.     

钢筋混凝土柱压弯剪扭滞回性能试验研究

为揭示钢筋混凝土柱在压弯剪扭反复荷载作用下的破坏机理,以扭弯比、剪跨比、配筋率和配箍率为变化参数,采用同步但不同位移幅值的加载方式完成了6个试件的低周反复加载试验并获取了试件试验数据,分析各变化参数对抗震性能的影响。试验结果表明：裂缝主要集中在试件中下段,呈现斜向交叉形式,破坏模式主要呈现弯扭破坏形态;随着扭弯比和配筋率的增大,试件扭矩-扭转角滞回曲线更为饱满,耗能能力强;增大剪跨比,试件扭矩-扭转角滞回曲线则呈现为捏缩状,耗能能力变差,但后期变形能力增强;通过增大试件的扭弯比、配筋率和配箍率,均可提高试件受弯延性和耗能能力,同时可延缓其强度和刚度的退化。     

酸性大气环境下多龄期钢框架节点抗震性能试验研究

为研究酸性大气环境下钢材力学性能及钢框架节点抗震性能随锈蚀程度加剧的退化规律,分别对不同锈蚀程度的24个标准钢材材性试件、12个焊接梁柱节点试件进行了单向拉伸试验、低周往复加载试验。基于材性试验数据,建立了钢材屈服强度、抗拉强度、弹性模量和伸长率等基本力学性能指标与失重率之间的线性回归关系,分析了不同锈蚀率及加载制度对钢框架节点试件荷载-位移曲线、骨架曲线、刚度和承载力退化、变形能力、滞回耗能等的影响,获得锈蚀钢框架节点试件承载力、刚度以及耗能能力随锈蚀程度加剧的退化规律。研究结果表明：锈蚀对钢框架节点的破坏形态有着显著影响,随着锈蚀程度的增加,钢框架节点试件的耗能能力逐渐减小,加载后期的承载力急剧下降,而且脆性断裂现象表现得愈发明显;随着水平位移幅值及循环次数的增加,钢框架节点试件的塑性变形累积、刚度与承载力退化明显;在相同锈蚀程度下,试件在变幅加载下的耗能能力最大,混合加载下的次之,等幅加载下的最小。研究成果可为在役钢框架结构地震易损性研究提供试验支撑。     

高强钢组合型连柱钢框架体系子结构抗震性能有限元分析

高强钢组合连柱钢框架是一种双重抗侧力无支撑框架结构,其耗能连梁采用低屈服点的钢材、抗弯钢框架采用较高屈服点的钢材。为了研究不同钢材对连柱钢框架子结构抗震性能的影响,文章设计6组子结构试件。利用有限元软件ABAQUS建立非线性有限元模型,仅改变抗弯框架部分的钢材等级,分析子结构在循环荷载作用下的破坏模式、滞回性能、刚度退化和延性系数等参数。研究结果表明:高强钢组合的连柱钢框架体系子结构具有良好的变形能力和耗能能力。随着钢材强度等级的提高连柱钢框架体系子结构的承载能力、刚度逐渐增大,但是耗能能力、延性明显下降。     

带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的钢框筒结构抗震性能试验研究

为研究带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的钢框筒结构(SFTS-RSLs)抗震性能和震后可更换能力,以耗能梁段长度和楼板组合效应为研究变量,设计3个2/3缩尺的单层单跨SFTS-RSLs子结构平面试件。框筒柱和裙梁采用Q460高强钢,耗能梁段采用低屈服点钢LYP225。通过水平低周往复加载试验对结构的破坏模式、刚度、承载力、耗能能力、延性、可更换能力以及耗能梁段塑性转角与超强系数进行研究。试验结果表明:试件滞回曲线饱满,延性高,具有稳定、良好的耗能能力和塑性变形能力;耗能梁段的破坏模式主要为翼缘严重屈曲且翼缘-端板焊缝撕裂或腹板撕裂;耗能梁段超强系数均值约为1.95,极限塑性转角超过0.18rad,远大于AISC 341-16规定的塑性转角限值0.08rad;楼板组合效应对结构承载力、耗能能力、延性、可更换能力、耗能梁段塑性转角和超强系数影响不大,对结构的弹性刚度影响显著;减小耗能梁段长度能够提高结构承载力、抗侧刚度、耗能梁段塑性转角和超强系数,但会降低结构的耗能能力和延性;加载过程中,结构的塑性变形与损伤集中在耗能梁段,框筒柱和裙梁处于弹性状态,有利于结构震后修复与正常使用功能的快速恢复。     

Q460C高强度钢材焊缝连接循环加载试验研究

为研究高强度钢材Q460C焊缝连接在地震作用下的反应,对11个Q460C焊缝连接试件进行了8种不同加载制度的单调和循环加载试验,分析比较了不同加载制度下的应力-应变关系,研究其本构模型、力学性能、破坏模式、变形和延性特征以及损伤退化特性,并和母材的性能进行了对比。利用Ramberg-Osgood公式对其循环骨架曲线进行了拟合,确定了拟合计算式中的待定参数;通过试验标定了循环荷载作用下本构模型的参数,采用有限元程序ABAQUS利用混合模型对上述循环加载试验进行了较为准确的有限元模拟。研究结果表明：所有加载制度下试件最终均在焊缝和热影响区交界面拉断,这和焊缝连接处的应力集中有关;与母材单调拉伸性质相比,焊缝连接试件延性下降显著,说明焊接过程对钢材有严重影响,应采取措施避免破坏发生在焊缝区域。     

循环荷载作用下锈蚀钢材滞回性能与本构模型

为研究循环荷载作用下锈蚀钢材的滞回性能,采用人工加速腐蚀及自然暴露腐蚀的方法获取了17组锈蚀试件,并对其开展单调拉伸及循环加载试验,分析了单调拉伸曲线、滞回曲线和骨架曲线等的差异性,得到了锈蚀钢材单调拉伸与滞回性能退化规律,基于混合强化模型提出了材料参数随腐蚀程度、等效塑性应变的退化表达式,进而建立了锈蚀钢材塑性本构模型。研究结果表明：单调拉伸作用下,锈蚀导致钢材屈服平台缩短、抗拉强度和断裂伸长率降低;锈蚀钢材单调曲线和滞回曲线存在显著差别,锈蚀加剧钢材循环强化,循环损伤累积则进一步加剧锈蚀钢材延性退化,造成峰值点应变、断裂应变和滞回耗能大幅降低,但对抗拉强度的影响较小。通过锈蚀钢材塑性本构模型应力 应变模拟曲线与试验曲线的对比,验证了所提模型的可靠性。     

带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的#br# 钢框筒结构抗震性能试验研究

为研究带可更换低屈服点耗能梁段 端板连接的钢框筒结构(SFTS-RSLs)抗震性能和震后可更换能力,以耗能梁段长度和楼板组合效应为研究变量,设计3个2/3缩尺的单层单跨SFTS-RSLs子结构平面试件。框筒柱和裙梁采用Q460高强钢,耗能梁段采用低屈服点钢LYP225。通过水平低周往复加载试验对结构的破坏模式、刚度、承载力、耗能能力、延性、可更换能力以及耗能梁段塑性转角与超强系数进行研究。试验结果表明：试件滞回曲线饱满,延性高,具有稳定、良好的耗能能力和塑性变形能力;耗能梁段的破坏模式主要为翼缘严重屈曲且翼缘 端板焊缝撕裂或腹板撕裂;耗能梁段超强系数均值约为1.95,极限塑性转角超过0.18rad,远大于AISC 341-16规定的塑性转角限值0.08rad;楼板组合效应对结构承载力、耗能能力、延性、可更换能力、耗能梁段塑性转角和超强系数影响不大,对结构的弹性刚度影响显著;减小耗能梁段长度能够提高结构承载力、抗侧刚度、耗能梁段塑性转角和超强系数,但会降低结构的耗能能力和延性;加载过程中,结构的塑性变形与损伤集中在耗能梁段,框筒柱和裙梁处于弹性状态,有利于结构震后修复与正常使用功能的快速恢复。     

Q460高强钢单调与反复加载性能试验研究

通过对Q460高强钢进行单向拉伸与反复加载下材料性能试验，得到了各试件单调拉伸和反复加载下的应力-应变关系曲线，以及反复加载下的骨架曲线，并将试验结果与文献研究结果进行了对比。试验结果表明：单向拉伸材性试验中，11 mm厚Q460C高强钢板的平均断后伸长率为23.7%，屈强比为0.847； 21 mm厚钢板的平均断后伸长率为30.4%，屈强比为0.792；Q460钢的循环硬化程度比Q345钢明显减弱，主要原因是随着钢材强度的提高，钢材的屈强比增大，钢材的应变强化效应减小。根据钢材反复加载的滞回曲线，提出了Q460高强钢材的应力 应变滞回模型，用该模型计算得到的关系曲线与试验曲线对比，两者吻合较好。     

强度弱化导向的超高温热处理后Q345B钢材性能研究及其在防屈曲支撑中的应用

为研究超高温热处理技术对我国常用Q345B热轧钢材强度的影响规律,以及在减震设计中的应用,完成7个不同参数的超高温热处理及缓慢冷却后的钢材单向拉伸材性试验,研究了热处理极限温度以及冷却速率对于钢材强度及延性的影响。通过3个热处理前后钢材的循环荷载材性试验,得到钢材在循环荷载作用下强度和塑性发展规律,并拟合得到可应用于有限元分析的Chaboche循环本构模型。通过有限元分析了两种局部低强防屈曲支撑,以探讨该种超高温热处理技术在减震设计中的适用性。结果表明：Q345钢材在热处理后强度降低,其强度削弱程度随着热处理极限温度的升高和降温速率的减缓而增加;热处理后的钢材在循环荷载作用下屈服点及屈服平台消失,循环强化现象明显;所设计的2种局部低强防屈曲支撑在循环荷载作用下塑性发展主要发生在热处理段,且具有良好的耗能能力。     

Q690D钢材十字形焊接接头高温后的断裂破坏试验研究

为研究Q690D高强度钢材及焊缝连接件在常温和高温后的断裂性能,选取代表实际梁柱节点局部焊接构造的十字形焊接节点试样,完成了常温和一系列高温后Q690D钢材和ER80-G焊缝金属的单轴拉伸试验,得到了钢材和焊缝金属在不同高温后的弹性模量、屈服强度、极限强度和延伸率。开展了常温和高温后十字形焊接接头的单调拉伸试验和超低周循环试验,研究了Q690D高强度焊接接头的断裂机理,探讨了过火温度、加载制度对焊接接头断裂性能的影响。结果表明:当钢材和焊接接头的过火温度高于600 ℃时,钢材和十字形焊接接头的强度降低,其变形能力开始增大; 800 ℃高温后Q690D钢材的强度降低,但ER80-G焊缝金属的力学性能无明显变化,导致焊接接头经受800 ℃高温后,在单调荷载作用下,其断裂破坏未发生在焊缝处,而发生在母材位置; 循环荷载作用下焊接接头的承载能力和变形能力都低于单调荷载的情况; 试验得到钢材、焊缝金属和焊接接头的力学性能指标,为发展考虑火灾后效应的断裂分析模型提供了基础试验数据。     

斜向受力十字形钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为研究十字形钢管混凝土柱在斜向受力下的抗震性能,以加载角度(0°和45°)、混凝土强度等级(C50和C70)、轴压比(0、0.25和0.5)以及是否设置加劲肋为试验参数,进行了9根十字形钢管混凝土柱在往复荷载作用下的试验研究,获得了柱的破坏形态、水平荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性、累积耗能、变形等特性,分析了不同参数对柱抗震性能的影响规律。并建立了十字形钢管混凝土柱的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好。试验结果表明:十字形钢管混凝土柱具有较好的滞回性能,所有柱的位移延性系数均高于3.5;轴压比对十字形钢管混凝土柱的抗震性能影响较大,轴压比越大,柱承载力越低,刚度退化越快,延性和耗能能力也越差;随着混凝土强度的增加,柱承载力增加,轴压比较大时,混凝土强度越高,延性下降越明显;内部间断焊接加劲肋的柱比未设置加劲肋柱的承载力提高约8%,但延性和耗能能力提高不大;加载角度为45°柱的滞回性能稍优于0°的柱。     

循环荷载作用下结构钢材本构关系试验研究

为准确模拟结构的地震响应,寻找在循环荷载下钢材的本构关系,采用工程常用Q235B及Q345B钢材共50个试件,施加多种加载制度,分析其单调性能、滞回性能、宏观微观破坏形态、延性特征以及损伤退化特性,并采用Ramberg-Osgood模型对循环加载骨架曲线进行拟合,进而得到Q235B及Q345B钢材在循环荷载下的一维应力应变关系骨架曲线;在Chaboche钢材塑性本构模型的基础上,通过试验标定,确定了两种等级钢材本构模型的关键材料参数,并结合通用有限元程序ABAQUS对试验结果进行有效模拟,为今后准确计算结构在地震荷载下的反应提供重要依据.结果表明:钢材在循环荷载下的反应与在单调荷载下的本构关系有很大差别,循环荷载下的骨架曲线对于准确的数值模拟起到重要作用;循环的圈数以及幅值会严重影响构件的断裂延性,钢材在循环荷载下的破坏应变不能按照单调荷载来确定.     

高强度钢材箱形柱滞回性能试验研究

为研究Q460高强度钢材箱形柱的抗震性能,对5个足尺试件进行了水平往复加载试验研究,分析了板件宽厚比、轴压比等因素对试件的承载力、破坏模式、耗能能力、变形能力和延性的影响。试验结果表明,Q460高强度钢材箱形柱具有很好的耗能能力和抗震性能,适用于抗震钢框架;除试件HB-1外其他试件本身及其柱脚节点均未发生焊缝开裂,证明设计合理、质量合格的Q460高强度钢材焊缝连接具有足够的承载力和良好的抗震性能;板件宽厚比越大,试件局部屈曲出现得越早,最大荷载对应的位移级越小,达到破坏时的位移级也越小;试件发生局部屈曲的范围及屈曲中心位置相对于试件截面高度的比值依次减小,所有试件最大屈曲位置距固定端0.25B~0.50B（B为等边箱型截面外边长）,塑性区范围距离固定端0.72B~1.06B。根据试验结果,建议在轴压比不大于0.2时,Q460钢材箱形截面压弯构件板件宽厚比限值不应大于30;同时,钢框架柱在进行抗震设计时,其板件宽厚比限值应与轴压比相联系,轴压比越大,板件宽厚比限值应越小。