基于磁记忆的钢梁弯曲应力表征技术研究

金属磁记忆检测技术是一种新型的无损检测技术.通过对Q235B工字钢梁试件进行四点受弯试验,分析其表面的磁记忆信号,发现:试件翼缘的磁记忆信号曲线形状与对应的弯矩图相似,均在纯弯段相等,在两端弯剪段近似呈线性分布;在剪应力突变处,磁记忆信号梯度K值"过零点"且出现正负突变现象;试件腹板的磁记忆信号在荷载作用点处呈峰值,磁记忆信号梯度出现峰-峰值K_(max)且过零点;不同的变形阶段,磁记忆信号与应力表现出相似的变化趋势.     

受拉钢丝应力状态的磁记忆信号峰峰值判别技术

带缺陷钢丝在单轴拉伸应力状态下,随着荷载的增加磁记忆信号曲线趋于稳定,后期出现部分重叠.同时在缺陷两端出现波峰波谷现象,波峰波谷的峰值差呈递增状态,但波峰波谷的水平间距并没有很好的规律性.在缺陷处出现非线性平台,当荷载发展到一定阶段后非线性段消失,代之以良好的线性段.分析缺陷处的应力状况,可发现应力差距大的部位其磁记忆信号也存在较大的差异,波峰波谷的峰值差可反映应力的差值水平,同时通过波峰波谷差值曲线可以很好地反应钢丝的全过程受力状态.因此,可作为一种磁记忆检测技术应用于钢丝检测的判别手段.     

钢箱梁竖向波纹腹板剪力与磁记忆场强关系的试验研究

金属磁记忆检测技术是一种新型的无损检测技术,其原理是基于铁磁构件表面产生的漏磁场进行检测.通过Q345qC波纹腹板钢箱梁的四点受弯试验,分析了竖向腹板表面的磁记忆信号沿梁高度方向的变化规律,发现在波纹腹板表面磁记忆信号曲线上,竖向集中力加载位置出现磁记忆场强"波峰"极值,且随着荷载的增大,"波峰"幅值越高,应力集中程度增大;试件失稳时,磁记忆信号发生正负突变,以此可作为试件失稳时的评判特征;随着检测线离集中力加载位置越远,"波峰"幅值越低;随着标定高度的增大,磁记忆信号减小;沿腹板高度方向区域平均磁记忆信号变化率与腹板高度无关,而主要与两个因素有关:其一是纯弯段或弯剪段区域位置,其二是施加的荷载大小;弯剪段区域的绝对值随荷载的增加先增大后减小,磁记忆信号平均变化速率存在阈值.     

三角形空翼缘梁的极限承载力试验研究

在澳大利亚学者提出的空翼缘梁（HFB）的基础上,提出一种新型三角形空翼缘梁（THFB）.通过试验测试,对三角形空翼缘梁（THFB）和传统H型钢梁在承受集中荷载作用下的破坏过程进行了对比,发现两种梁的破坏模态存在明显差异,THFB在集中荷载作用下极易发生局部屈曲,传统H型钢梁则易发生整体失稳,且THFB比传统H型钢梁具有较好的抗弯扭性能.利用有限元软件ANSYS对试验试件进行有限元模拟,试验结果和有限元模拟结果吻合较好.基于所建的有限元模型对THFB进行参数分析,参数主要包括上翼缘板厚、上翼缘板宽、腹板厚和钢材屈服强度,得出了THFB梁的承载力随不同参数的变化规律.最后结合理论和有限元分析,验证了Eurocode 3提供的H型钢梁设计公式计算THFB极限承载力的适用性.研究结果表明：采用Eurocode 3提供的H型钢梁设计公式对THFB的极限承载力进行验算是安全的,但偏于保守.     

含缺陷承载门式刚架的金属磁记忆检测试验研究

以门式刚架拟静力试验为基础,采集并分析了含缺陷刚架的梁和柱在不同荷载等级下的法向磁信号H_p(y)值,研究试件未退磁状态下法向磁信号H_p(y)值随荷载变化的规律,以及预制缺陷与磁信号的对应关系.结果表明:试件初始剩磁场强度较大,试件表面的磁信号在数值上虽然会随着荷载的变化而变化,但磁信号曲线在形状上会保持初始剩磁场的分布状态,直至外应力能够克服残余应力的影响;试件到达临界状态时,即试件刚度急剧退化、屈服或者失稳时,法向磁信号H_p(y)值会发生突变或反转;磁信号曲线在节点、缺陷附近由于应力集中表现出波峰波谷.因此,可以通过磁信号的突变、反转、波峰、波谷、过零点反演试件的受力状态、应力集中和缺陷的位置.     

均布荷载作用下槽钢绕弱轴的非线性弯曲

主要通过能量法研究了有限长的简支槽钢梁绕弱轴的弯曲响应,其中的基本假设是受均布荷载作用的薄壁钢梁的总应变能分析可以简化为两个阶段,第一个阶段是腹板和翼缘的局部弯曲响应(板的行为),第二个阶段是截面扁化变形后薄壁钢梁的整体弯曲响应(梁的行为).通过最小势能原理推导均布荷载作用下槽钢梁非线性失稳的理论解,同时还研究了腹板中部增设纵向加劲肋对槽钢梁的非线性弯曲响应的影响.并运用ANSYS对不同尺寸槽钢梁进行了几何非线性分析,结果显示理论解和有限元解之间能够很好的吻合.利用Simitses的方法研究了受冲击均布荷载作用的简支槽钢梁绕弱轴弯曲的动力失稳,讨论了跨度对槽钢梁临界弯矩和非线性弯曲响应的影响.     

基于金属磁记忆检测技术的波纹斜腹板钢箱梁试验研究

针对桥梁波纹腹板钢箱梁,进行了四点受弯静载试验,采集了不同等级荷载下沿翼缘和腹板检测线方向的磁信号,分析了弹性和塑性阶段沿检测线方向磁信号及其梯度值的变化规律,找出了表征应力集中程度及区域的特征磁信号,得出如下结论:第一,在波纹腹板钢箱梁的四点受弯试验中,过零点的位置不能表征应力集中位置及破坏位置,磁信号过零点的经验判断并不适用;第二,弹性和塑性阶段磁信号变化曲线相似,弹性阶段的特征磁信号能够较好地表征应力集中程度,塑性阶段特征磁信号不能很好地表征应力集中程度;第三,利用钢箱梁跨中挠度和磁信号梯度值绝对值曲线中的转折点可以找出钢箱梁屈服时挠度.     

爆炸荷载作用下焊接工字钢梁的动力响应及破坏模式分析

目的分析焊接工字形钢梁在爆炸荷载作用下破坏模式及影响动力响应的主要因素,为钢梁抗爆设计提供建议．方法采用有限元软件ANSYS／LS—DYNA,基于流固耦合的方法对钢梁的动力响应及破坏进行数值分析．结果在不同的爆炸荷载作用下,钢梁可能发生剪切破坏、弯剪联合破坏和翼缘屈曲破坏3种破坏模式;增高腹板高度可以有效地控制钢梁在爆炸荷载作用下的跨中最大位移,效果次之的是增加翼缘板厚度和腹板厚度,效果最差的是增加翼缘板宽度．结论钢梁的破坏模式与比例距离有关．随着比例距离增大,钢梁的破坏模式由剪切破坏模式转变为翼缘屈曲破坏模式．增大梁截面高度,能有效地提高钢梁的抗爆承载力．     

方钢管柱-H型钢梁顶底T型钢单向螺栓连接节点性能研究

对方钢管柱-H型钢梁顶底T型钢单向螺栓连接节点在单向荷载作用下的力学性能进行了有限元模拟,得到了节点的荷载-位移曲线,并对节点的荷载-位移曲线、构件的应力-应变状态进行了详细分析。研究结果表明:随荷载施加,节点受拉区T型件被拉离柱翼缘一定距离,节点最终的失效模式为受拉区T型件翼缘腹板相交处被拉断破坏,T型件是方钢管柱-H型钢梁单向螺栓连接节点的薄弱部位,在实际的工程应用中可考虑加强柱壁与T型钢翼缘的连接。     

波纹腹板H型钢梁受压翼缘局部稳定理论研究

提出梯形波纹腹板H型钢梁翼缘局部失稳的理论计算模型,指出波纹腹板对翼缘失稳相当于提供绕腹板轴心线的弹性转动约束作用.根据边界条件假设,采用理论推导得到了翼缘局部弹性屈曲应力的三角级数解,利用有限元分析验证了边界条件假设及理论模型的有效性.指出相比于平腹板,波纹腹板对翼缘具有更强的约束作用.     

上翼缘受侧向支撑的固端钢梁整体稳定分析

采用ANSYS有限元程序对受混凝土板刚性约束的两端固定H型钢梁进行非线性屈曲分析,分别研究了钢梁在高度变化和下翼缘宽度变化两类情况下梁负弯矩段的侧扭屈曲对梁整体稳定的影响,结果表明上翼缘有刚性侧向支撑的两端固定H型钢梁存在部分屈曲后强度,钢梁在屈曲后承载力能继续提高,构件未发生过度变形前可充分利用钢梁的部分塑性,提高其设计承载力;另外下翼缘宽度变化对两端固定梁整体稳定影响较大,梁截面较高同时下翼缘又比较窄时,负弯矩段的侧扭屈曲会使钢梁发生过度变形,对下翼缘无侧向支撑的H型钢梁设计时仍需考虑其整体稳定性.     

骨式钢框架梁柱连接节点显著屈服转角的研究

在骨式钢框架结构基于滞回耗能的性态设计方法中,骨式连接节点显著屈服转角确定的是否精确直接影响结构整体滞回耗能确定的合理性.为了系统研究骨式连接节点显著屈服转角的量化方法及变化规律,采用ABAQUS有限元程序分析骨式连接节点在单向荷载作用下钢梁腹板厚度、钢梁翼缘厚度、钢梁高度、钢梁宽度、钢材强度等参数对节点显著屈服转角的影响,并采用通用弯矩法、等能量法、FEMA273法对骨式连接节点的显著屈服转角进行了计算.结果表明,钢梁腹板厚度、钢梁翼缘厚度、钢梁高度、钢梁宽度对骨式连接节点显著屈服转角影响较小,而钢梁的钢材强度对骨式连接节点的显著屈服转角影响较大.通用弯矩法及等能量法确定的骨式连接节点的显著屈服转角数值较大,FEMA273法确定的显著屈服转角最小,但同骨架曲线的拐点数值最为接近,建议具有明显拐点的骨式连接节点的显著屈服点可按FEMA273法确定.     

纯弯曲工字形钢梁的腹板局部稳定及其与整体稳定的相关性

本文对均匀弯曲的弹性工字形钢梁进行了以下研究: (1)腹板的局部稳定以及受压翼缘对腹板屈曲的嵌固作用; (2)局部稳定与整体稳定临界应力接近的简支梁中,腹板局部稳定与梁整体稳定的相关性。     

腹板连接节点焊缝应力强度因子的参数分析

为定量的确定荷载作用下钢框架结构延长翼缘连接板梁柱腹板连接节点焊缝应力强度因子的大小,采用断裂力学与有限元积分相结合的方法,研究腹板连接节点的断裂性能.判断延长翼缘连接板腹板连接节点焊缝开裂的依据是Ⅰ型应力强度因子,应力强度因子可以通过有限元计算J积分的方法求得.通过有限元计算分析了初始裂纹深度、梁截面尺寸、柱截面尺寸和梁柱长度对延长翼缘连接板腹板连接节点焊缝应力强度因子的影响.采用正交设计法进行研究方案设计,根据有限元分析结果归纳出应力强度因子计算公式.研究结果表明：延长翼缘连接板腹板连接节点梁下翼缘焊缝比上翼缘更容易开裂,应力强度因子随梁截面参数的增大而增大,随柱截面参数的增大而减小.     

方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点非线性有限元分析

对方钢管混凝土柱钢梁竖向加劲肋式节点建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析模型，模拟分析了单调加载下节点的受力性能，较为精确地分析了节点区应力分布．结果表明：由有限元模型所得的位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线相符，由有限元模型所得的应变分布和发展规律与试验结果一致；竖向加劲肋式节点的梁端弯矩一部分通过竖向加劲肋传递给柱钢管腹板和核心混凝土，另一部分梁端弯矩由梁端翼缘直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土；节点的破坏模式为梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰，最终梁受压翼缘出现严重的局部屈曲，而柱钢管和竖向加劲肋均在弹性范围内工作，很好地实现了强柱弱梁、强节点弱构件的抗震原则；节点核心区混凝土性能符合斜压杆受力机制．     

钢框架在火灾作用下的行为研究

以一平面钢框架为例,利用ANSYS的热力耦合功能研究了钢框架在火灾作用下的温度分布及力学响应.结果表明,梁截面在火灾的作用下温度分布为非线性,梁腹板温度最高,下翼缘温度次之,上翼缘温度最低;柱受火翼缘的温度最高,其次是腹板,最后是非受火翼缘;在火灾的作用下梁柱节点及柱脚等部位是薄弱环节,应加强保护;框架梁表现出的悬链线效应有利于结构抗火.     

帽型梁承载力试验与分析

以跨度为4.0m,帽型截面高度(壁厚)分别为220 mm(1.0 mm)、200 mm(1.2 mm)、180 mm(1.5 mm)和160mm(1.8mm),上翼缘和腹板上开孔、不开孔等8根帽型梁为研究对象,通过试验和有限元分析对其受力性能和承载力进行研究。结果表明:在试验荷载作用下,帽型梁试件的上翼缘先发生局部失稳,而后上翼缘跨中靠近加载垫块或开孔处发生折曲现象,试件随即失去了承载能力。截面壁厚是局部失稳的主要影响因素,帽型梁试件包含两个工作状态,同一壁厚的试件处于弹性阶段时,试件开孔与否对其竖向抗弯刚度影响很小;当试件处于弹塑性阶段时,开孔与否对试件折曲破坏形式和极限承载力有较大影响。     

考虑腹板屈曲后强度时钢梁刚度计算

利用腹板屈曲后强度设计的钢梁,达极限承载力状态时的截面刚度比梁全截面有效时的刚度小。本文使用有限元分析的方法,研究腹板高厚比和翼缘宽厚比对腹板屈曲后的梁截面刚度的影响。引入刚度修正系数来考虑梁截面刚度的减小,提出了简支梁有效截面惯性矩、刚度修正系数的计算公式和钢梁刚度的计算方法。     

钢结构对接焊缝隐性损伤的磁记忆检测试验研究

通过施加拉伸及弯曲荷载,分析了未焊透缺陷及无缺陷的对接焊缝钢构件的磁记忆信号.发现漏磁场强度与外应力存在一定的对应关系,磁场强度随拉应力的增大而增大,随压应力的增大而减小,在应力集中区磁记忆曲线出现波峰或波谷.进入塑性阶段以后磁记忆曲线产生巨大突变,磁场强度突变时刻可用于判断焊缝试件即将破坏的临界状态,梯度峰值可用于表征未焊透缺陷试件的应力集中程度.     

冷弯薄壁型钢门式刚架极限承载力影响因素

为研究冷弯薄壁型钢门式刚架极限承载力,提出梁-弹簧单元模拟冷弯薄壁型钢门式刚架节点工作性能和考虑构件初始几何缺陷影响的有限元模拟分析法,研究冷弯薄壁型钢门式刚架在竖向荷载作用下的变形性能及破坏特征。对已有冷弯薄壁型钢门式刚架试验模型进行模拟分析的结果显示,有限元计算结果与试验结果吻合较好。通过改变构件的腹板厚度和翼缘宽度、节点板厚度、刚架梁坡度、柱脚刚度等因素计算刚架极限承载力,计算结果表明,增大前述各个参数值均可以提高冷弯薄壁型钢门式刚架的极限承载力。