海洋环境下锈蚀高强度钢材滞回性能

为研究海洋腐蚀对Q690高强度钢材(简称高强钢)滞回性能的影响,针对通过室内人工加速模拟腐蚀方法获得的Q690高强钢锈蚀试件,进行形貌扫描和循环加载试验,分析了不同腐蚀程度对其滞回性能的影响规律,建立了锈蚀钢材滞回曲线模型参数与其锈蚀率之间的关系.结果 表明:Q690高强钢抗震性能随腐蚀程度的增加而下降,腐蚀100 d后试件的滞回耗能降低15.2％,极限抗拉强度降低14.6％,锈坑深度达600 μm;采用Ramberg-Osgood模型可以较好地模拟锈蚀高强钢在循环荷载作用下的力学性能,该本构模型具有较好的实用性.     

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。     

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。     

Q690GJ高强度钢材单调和循环加载试验研究

钢材在循环荷载下将出现包辛格效应、循环硬化及循环软化现象,这使得钢材在循环和单调荷载下的本构关系有所区别。通过对国产Q690GJ高强度结构钢材进行单调和循环加载试验研究,并从单调和循环加载性能、循环加载现象等方面分析其力学性能差异。结果表明,Q690GJ钢材在循环荷载下的滞回性能良好,由于循环硬化作用使得钢材强度提高的幅度很小,循环软化较早出现,同时试件在循环荷载下由于塑性损伤累积,与单调加载相比延性变差。基于Ramberg-Osgood模型,可以较好地拟合Q690GJ高强度钢材在循环荷载下的应力-应变骨架曲线。     

一般大气环境锈蚀钢柱抗震性能试验与数值分析

为研究锈蚀对钢柱抗震性能的影响,对20个钢板试件和7个H型钢柱试件进行一般大气环境加速腐蚀试验。通过锈蚀钢板单调拉伸与低周往复加载试验研究锈蚀钢板单调与循环加载性能的差异性,揭示锈蚀钢材强度、延性退化规律,建立锈蚀钢材循环本构模型;通过锈蚀H型钢柱拟静力试验,研究锈蚀钢柱在地震作用下的损伤过程、破坏形态及性能退化规律,结果表明：锈蚀导致柱脚塑性范围更加集中,并加快屈曲发展,从而引起承载力、刚度、延性和耗能能力显著退化,且较大的轴压比将进一步加快钢柱破坏过程。最后,提出考虑锈蚀程度的损伤钢柱抗震性能数值模拟方法,并进行参数化扩展分析,研究均匀/非均匀锈蚀程度、锈蚀分布范围等影响因素对H型钢柱抗震性能的影响规律,结果表明：非均匀锈蚀导致钢柱抗震性能退化更加严重,且当钢柱翼缘或柱脚发生锈蚀时,抗震性能退化更为显著。     

轴压比对高强钢筋混凝土异形柱抗震性能影响研究

通过对高强钢筋混凝土异形柱试件进行低周往复加载试验,对比分析异形柱试件的破坏特征、承载能力、位移及延性、滞回特征、骨架曲线、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标,研究轴压比对高强钢筋混凝土异形柱抗震性能的影响。研究表明:轴压比对高强钢筋混凝土异形柱的抗震性能影响效果显著。减小高强钢筋混凝土异形柱试件的轴压比能够增加高强钢筋混凝土异形柱试件的变形能力,改善异形柱试件的延性性能及滞回性能,减缓试件的刚度退化。增加高强钢筋混凝土异形柱试件的轴压比可以提高试件的极限承载能力。     

低周反复荷载作用下型钢高强高性能混凝土框架柱损伤试验研究

为了研究地震作用下型钢高强高性能混凝土框架柱的损伤演化过程,通过改变轴压比、体积配箍率、含钢率、加载制度对12榀型钢高强高性能混凝土框架柱试件进行了低周反复加载试验,得到了试件经历不同次数循环加载后其极限承载、变形和极限耗能能力的变化规律,并从损伤的角度系统地分析了不同设计参数及加载制度对试件荷载-位移曲线、骨架曲线、刚度和强度退化、变形能力、滞回耗能等的影响。研究结果表明,试件的损伤过程可以分为无损、损伤稳定增长、损伤急剧增长三个阶段;随着循环次数和位移幅值的增加,试件损伤逐渐累积,使其刚度、强度不断退化,耗能能力以及极限变形能力不断降低;与变幅循环加载相比,常幅循环加载下试件的损伤演化过程较为缓慢,滞回耗能总量相对较大。研究结果为进一步建立能够描述型钢高强高性能混凝土框架柱损伤程度的地震损伤模型,揭示损伤对框架柱力学性能的影响提供试验支持。     

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。     

高周疲劳损伤下Q345等边角钢受力性能试验研究

为研究风荷载作用下输电线路中Q345等边角钢构件在不同的初始高周疲劳损伤下对其受力性能的影响,通过对1组无初始损伤构件和3组带不同初始疲劳损伤Q345等边单角钢试件的低周往复加载试验,得到了各组试件的承载力、刚度退化及滞回耗能等变化规律。研究结果表明:在低周反复荷载作用下,当初始高周疲劳振动从0次最终增加至4.0×104次时,试件承载力降低了36.1%,刚度降低了75.4%,累积耗能系数降低了57.4%,并最终导致构件累积损伤破坏。     

高周疲劳损伤下Q345等边角钢受力性能试验研究

为研究风荷载作用下输电线路中Q345等边角钢构件在不同的初始高周疲劳损伤下对其受力性能的影响,通过对1组无初始损伤构件和3组带不同初始疲劳损伤Q345等边单角钢试件的低周往复加载试验,得到了各组试件的承载力、刚度退化及滞回耗能等变化规律。研究结果表明：在低周反复荷载作用下,当初始高周疲劳振动从0次最终增加至4.0×104次时,试件承载力降低了36.1%,刚度降低了75.4%,累积耗能系数降低了57.4%,并最终导致构件累积损伤破坏。     

Q345与Q460结构钢材单调和循环加载性能比较

因循环硬化、软化和包辛格效应等的影响,钢材在循环加载下的力学性能与单调加载下的力学性能会有很大差异。借助于对Q345和Q460两种强度等级钢材的单调和循环加载试验,分别从单调加载性能、循环加载现象、循环加载力学性能以及循环本构模拟等几个方面分析它们力学性能差异。分析结果表明,两种钢材单调加载下的延性都比较好,且Q460钢材的延性要优于Q345的。两种钢材循环加载时应力-应变曲线具有循环硬化、循环软化和包辛格效应等现象;循环作用使得两种钢材的硬化作用提前,Q345钢材的循环硬化现象更明显;Q460钢材循环荷载下的滞回耗能能力并不比Q345钢材差,同时循环荷载下钢材产生累积损伤。混合强化模型能较好地模拟两种钢材的循环拉压曲线,为进一步研究此类钢材结构抗震性能提供较为准确的本构模型。     

酸雨腐蚀砖砌体组合墙抗震性能试验及恢复力研究

为研究酸雨环境下砖砌体组合墙的抗震性能,以6片砖砌体组合墙作为研究对象,首先对人工模拟酸雨环境进行加速腐蚀,进而对其进行低周反复加载试验,考察腐蚀砖砌体组合墙的破坏过程与变形特征,研究不同酸雨腐蚀循环次数对荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载力衰减、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标的影响。并通过引入基于耗能的循环退化指数对墙体的力学性能退化规律进行描述,建立了腐蚀墙体的恢复力模型,给出了具体的滞回规则。研究结果表明：随着酸雨腐蚀循环次数的增加,试件的承载力、刚度、耗能逐渐降低,承载力和刚度的衰减速率逐渐加快;所建立的恢复力模型能够较好描述酸雨环境下砖砌体组合墙在反复荷载作用下的滞回特性,可为在役酸雨环境下砌体结构的承载力分析提供参考。     

装配式高强钢筋混凝土框架节点滞回性能试验研究

为研究装配式带钢连接件混凝土柱-预埋工字钢混凝土梁连接节点的滞回性能,设计2个装配式高强钢筋混凝土框架节点和1个现浇高强钢筋混凝土框架节点,进行低周往复加载试验,对比分析其滞回性能、刚度退化、骨架曲线、承载力退化和耗能能力等。结果表明:与现浇高强钢筋混凝土框架节点试件相比,带钢连接件混凝土柱-预埋工字钢混凝土梁连接节点试件的滞回曲线更为饱满,刚度退化得到有效减缓,承载力降低系数增加,各主要阶段的等效黏滞阻尼系数和总等效黏滞阻尼系数增加,耗能能力得到提高,承载能力和变形能力也得到提高;预制柱中采用带水平连接板的方钢管连接件在改善装配式混凝土框架节点滞回性能方面效果更佳。     

螺栓端板连接方钢管柱低周疲劳性能及损伤模型研究

为研究螺栓端板连接方钢管柱的低周疲劳性能,进行了29个连接试件等幅位移循环加载试验,分析了以钢管管壁变形和螺栓塑性拉伸变形为主的两种典型破坏模式及其滞回特征,对比分析了连接的低周疲劳寿命,提出了描述该类连接构造损伤的分析模型。研究结果表明:以钢管管壁变形为主要破坏模式的试件具有一定耗能能力,而以螺栓塑性拉伸变形为主要破坏模式的试件表现出显著的承载力和刚度退化,耗能能力较低。当发生以钢管管壁变形为主的破坏时,连接件的低周疲劳寿命受构造几何参数影响较大。连接件折算应力幅与疲劳寿命的关系同GB 50017—2003《钢结构设计规范》中斜率为3的S-N曲线关系具有一定的可比性,可从偏于安全角度按7类细节类别来评价该类连接的低周疲劳寿命。针对连接件的破坏模式,采用刚度和耗能组合的损伤模型能较好地对其损伤发展过程进行预测。     

锈蚀对低碳钢滞回性能影响分析

以不同腐蚀程度Q235钢材试验数据为基础,运用数值模拟方法对锈蚀钢材的屈曲性能、滞回性能进行分析。结果表明,在循环荷载作用下,腐蚀试件屈曲最早发生在具有较大蚀坑的板材薄弱部位;随着腐蚀程度增加,屈曲现象明显,且提前发生;腐蚀钢材与未腐蚀钢材均出现循环硬化、峰值点指向效应等现象,但滞回环饱满程度明显降低,且腐蚀钢材各循环荷载性能指标均降低。     

防屈曲支撑滞回性能试验研究

针对我国钢材市场,选用Q235热轧角钢设计并制作了两种截面、两种组合方式的4个防屈曲支撑试件。为检验组合热轧角钢防屈曲支撑的构造和滞回性能,进行了低周反复加载静力试验,研究了包括荷载-位移滞回曲线、割线刚度及其退化规律、等效粘滞阻尼比等在内的抗震性能。结果表明:试件荷载-位移滞回曲线稳定、饱满、对称;钢材品种、截面形式对刚度退化规律及等效阻尼比的变化规律没有影响;国产组合热轧角钢防屈曲支撑构造合理,具有良好的耗能性能和抗低周疲劳性能,是一种新型的耗能支撑。     

装配式高强钢筋钢纤维混凝土框架节点抗震性能试验研究

为研究装配式高强钢筋钢纤维混凝土框架节点的抗震性能,对2个预制装配式混凝土节点试件和1个现浇普通混凝土节点试件进行低周往复荷载试验,对比分析装配式混凝土节点试件的破坏特征、滞回特性和耗能能力等抗震性能指标。结果表明：节点核心区加入工字钢的装配式高强钢筋钢纤维混凝土梁柱中节点试件发生梁端弯曲破坏,满足“强柱弱梁”的抗震设计要求;普通现浇节点和采用钢板焊接端板连接的节点均发生节点核心区剪切破坏,而装配式混凝土节点核心区破坏程度较轻;在节点核心区及后浇区加入钢纤维能减少裂缝宽度,延缓裂缝传播,减轻核心区混凝土剥落程度,改善节点破坏形态;预制装配式混凝土梁柱节点试件的极限荷载、滞回性能和耗能能力均得到提高,刚度退化得到减缓,从而改善预制混凝土框架节点的抗震性能。     

配置HRB500钢筋的混凝土异形柱抗震性能试验研究

通过对4根+形和4根T形配置HRB500钢筋的混凝土异形柱试件进行低周往复荷载试验,对比分析了试件的破坏特征、承载能力、位移及延性、滞回特征、刚度退化、耗能能力及累积损伤等抗震性能指标,研究轴压比和配箍特征值对高强钢筋混凝土异形柱抗震性能的影响。研究表明:试件的破坏形态为弯曲剪压型;随着轴压比的增加,试件的极限承载力提高,但试件的变形能力和延性降低,刚度退化加快;增大配箍特征值,提高了试件的开裂荷载、变形能力及延性,改善了试件的滞回特性,减轻了试件的累积损伤程度。研究结果为配置高强钢筋的混凝土异形柱结构设计提供了参考。     

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。     

循环荷载作用下不锈钢T形件螺栓连接滞回性能试验研究

为研究不锈钢T形件螺栓连接的滞回性能,分别参照JGJ/T 101—2015《建筑抗震试验规程》和FEMA 461设计了两种不同的循环加载制度,开展16个不锈钢(奥氏体型S30408、双相型S22253)T形件和4个普通钢(Q345B)T形件螺栓连接试件的低周循环加载试验,获得了T形件的滞回曲线和破坏形态,得到了T形件在循环荷载作用下的循环硬化、强度退化特性和耗能能力。研究结果表明：不锈钢T形件的滞回性能明显优于普通钢T形件的,前者耗能平均为后者的2.07倍;循环荷载作用下T形件的破坏形态主要包括螺栓断裂和翼缘板靠近焊趾处断裂两类,与T形件的单调加载破坏模式和加载制度有关;两种牌号不锈钢T形件在循环荷载作用下均表现出较为明显的循环硬化特性,试验后期则由于裂纹的萌生和发展呈现出强度退化;相对于FEMA 461的加载制度,采用JGJ/T 101—2015的循环加载制度得到的T形件的加载圈数和总耗能能力均较大。