国产低屈服点钢材循环加载试验研究

为研究不同荷载作用下国产低屈服点钢的材料力学行为,对LY100、LY160及LY225钢材共46个试件进行了单调拉伸试验及12种不同加载制度的循环加载试验。对国产低屈服点钢的单调性能、滞回性能、破坏形式、延性特征等进行了分析,并与其他结构钢材的力学性能进行了对比。结果表明,低屈服点钢在循环荷载作用下有明显循环强化现象,塑性变形能力强,且与普通钢材相比延性及耗能能力突出。该试验结果为后续研究低屈服点钢本构模型提供基础。     

结构钢材循环荷载下的本构模型研究

在抗震分析中,钢材在循环荷载下的一维本构模型是结构抗震设计时进行结构弹塑性地震响应分析的基础.为了更为准确地模拟结构的地震反应,并能够在实际工程中应用,该文提出了结构钢材Q235B、Q345B 在循环荷载下的单轴简化本构模型,其中包括:单调加载曲线、循环骨架曲线以及滞回准则,通过建立数学模型对钢材循环荷载作用下的反应进行描述.根据提出的模型并基于大型通用有限元软件ABAQUS 提供的用户子程序接口UMAT,开发了适用于结构分析的钢材单轴循环本构模型.通过与多种加载制度下钢材反应的试验数据进行对比,进而证明该文所提出模型的正确性以及适用性,保证其用于钢结构体系在地震作用下弹塑性时程分析时的精度和可行性.分析结果表明:钢材在循环荷载下的反应与在单调荷载下的反应有很大的差别,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;钢材在循环荷载下的滞回准则也与现通用有限元软件中的本构模型有较大区别,这对于抗震计算设计的准确性有一定的影响.     

高温后高强Q690钢材循环加载试验及本构模型研究

钢材经历火灾高温和冷却后其材料力学性能会发生不同程度退化,已有研究主要关注过火后钢材的残余静力性能。为研究经历火灾高温且不同方式冷却后高强钢的残余静力和滞回性能,对于历经500 ℃~1000 ℃高温后高强Q690在自然冷却和浸水冷却后的钢材进行了单调拉伸试验以及4种不同加载制度下的循环加载试验。结果表明,当过火极限温度不高于600 ℃时,在自然冷却和浸水冷却模式下,高温后Q690钢材单调拉伸和循环荷载下强度发展基本与常温未处理钢材类似。未过火高强Q690钢在循环荷载下表现出应变强化和循环软化效应。过火温度高于600 ℃且自然冷却下,过火后Q690钢随过火温度提高,其初始屈服强度下降。在浸水冷却下,过火冷却后高强钢初始屈服强度提升。且在循环荷载作用下,高温过火后Q690钢均表现出更为显著的应变强化效应,以及在等应变幅循环下均由未过火状态时的循环软化逐步转化为高温过火后的循环硬化效应。根据试验结果拟合了过火后Q690钢的Chaboche循环本构模型参数,可用于火灾后Q690钢结构的残余抗震性能评估。     

循环荷载下奥氏体型和双相型不锈钢材料本构关系研究

为研究循环荷载下不锈钢材料的本构关系,对奥氏体型S30408不锈钢和双相型S220503不锈钢材料进行了单调拉伸和大应变超低周循环加载试验。采用三种常用的单调拉伸本构模型对所得应力-应变曲线进行拟合,得到相应单调荷载下材料本构参数;采用Ramberg-Osgood本构模型对循环骨架曲线进行拟合,得到材料循环强化参数;利用Chaboche塑性本构模型,标定了两种材料的循环本构参数。结果表明:在单调拉伸荷载下,G-R-O本构模型更适用于拟合不锈钢材料的单调拉伸本构;在循环荷载下,不锈钢材料滞回曲线饱满,且随着应变增大,两种材料在加载后期均表现出了明显的循环强化现象;Ramberg-Osgood本构模型对骨架曲线拟合较好,有限元计算结果和试验滞回曲线吻合度高;表明该文标定出的强化参数、循环本构参数可用于结构体系地震响应分析之中,为准确分析不锈钢结构在地震作用下的受力性能提供参考。     

热轧带肋抗震钢筋试制总结

介绍了HRB335E、HRB400E、HRB500E抗震钢筋在天铁第一轧钢有限责任公司轧钢车间生产线的成功研发过程，通过钒氮微合金化，使产品性能达到国家抗震钢筋性能要求。     

LYP100钢材大应变下滞回性能

对LYP100钢材进行了单调拉伸试验和大应变下的循环加载试验,为了防止试件受压失稳,循环加载采用标距直径比为1.25的试件。循环加载一共做了4类共计7种加载制度,试验结果表明LYP100钢材具有十分明显的强化特征,表现为随动强化和各向同性强化的混合。通过对不同加载制度结果的对比,LYP100钢材的强化特征表现为同应变幅相关,这在目前的Chaboche模型中并未体现,需要对材料模型进行修改。此外,该文在Chaboche模型的基础上针对等幅加载的试验结果做了参数标定,采用标定后的结果进行计算,计算的结果表明Chaboche模型存在无法考虑应力强化同应变幅相关的缺陷。     

HRB400钢筋单调拉伸及低周疲劳性能试验研究EI北大核心CSCD

该文以我国HRB400钢筋为研究对象,首先对其进行了单调拉伸试验和恒应变幅值循环加载试验,得出HRB400钢筋的基本力学性能参数、应变幅值-疲劳周期数和应变幅值-强度退化系数值关系式及疲劳参数的取值;然后,根据试验所得到的材料性能参数,在Open Sees软件中,选用Reinforcing Steel钢筋本构模型对本次试验进行了模拟,验证了试验数据处理结果的准确性和实用性;最后评价了HRB400钢筋的低周疲劳特性,为建立基于材料层次的精细化钢筋混凝土结构数值纤维模型提供了重要的试验参考依据。     

HRB400钢筋单调拉伸及低周疲劳性能试验研究

该文以我国HRB400钢筋为研究对象,首先对其进行了单调拉伸试验和恒应变幅值循环加载试验,得出HRB400钢筋的基本力学性能参数、应变幅值-疲劳周期数和应变幅值-强度退化系数值关系式及疲劳参数的取值;然后,根据试验所得到的材料性能参数,在OpenSees软件中,选用ReinforcingSteel钢筋本构模型对本次试验进行了模拟,验证了试验数据处理结果的准确性和实用性;最后评价了HRB400钢筋的低周疲劳特性,为建立基于材料层次的精细化钢筋混凝土结构数值纤维模型提供了重要的试验参考依据。     

HRB600钢筋屈曲受力性能试验研究

HRB600高强钢筋已纳入我国钢筋产品国家标准,并商业化生产,但关于其非弹性屈曲受力性能、考虑屈曲的低周疲劳损伤模型的研究成果很少。对于HRB600高强钢筋的原状试件,该文完成了10个单调受压屈曲试验、16个考虑屈曲的循环拉压试验,测量了屈曲钢筋的平均应力-平均应变曲线和跨中横向位移,分析了非弹性屈曲对HRB600钢筋受压强度退化的影响,以及屈曲方向对试件强度退化、疲劳损伤的影响,提出了适用于HRB600高强钢筋、可考虑屈曲效应和不同加载方式影响的修正低周疲劳损伤模型。研究结果表明:单调受压屈曲时HRB600钢筋屈曲方向稳定,随长径比增大钢筋屈曲后强度退化加快;循环加载时HRB600钢筋屈曲方向不稳定,导致局部塑性应变集中和疲劳损伤对钢筋屈曲后强度退化的不利影响减轻;传统低周疲劳损伤模型明显低估了HRB600钢筋屈曲后的疲劳损伤,修正疲劳损伤模型能合理地考虑屈曲对HRB600钢筋低周疲劳损伤和断裂的影响。     

低屈服点钢材与Q345B和Q460D钢材本构关系对比研究

为进一步探讨材料本构行为对构件及结构受力性能的影响,首先,进行了LYP100低屈服点钢材的本构关系试验研究,分析此材料的单调性能、滞回性能、耗能能力及循环本构模型等。在此基础上,全面对比LYP100和LYP160低屈服点钢材、普通钢材（Q345B）及高强度钢材（Q460D）的本构关系。最后,通过对比不同钢材的循环本构模型以及理想弹塑性模型对结构构件滞回行为的预测结果,深入研究材料本构关系对构件及结构的重要影响。结果表明:低屈服点钢材单调以及循环强屈比均在2.0~3.0以上,是普通钢材以及高强度钢材的2.0倍~3.0倍。同时,低屈服点钢材具有更好的延性和耗能能力。由于低屈服点钢材具有显著的各向同性强化行为,其采用循环本构模型和理想弹塑性模型的计算结果差异更大。因此,在结构计算分析中,需要根据所采用的钢材选取适当的本构关系模型。     

装配式钢筋密网抗侧力墙板抗震性能试验研究及数值分析

提出一种新型装配式钢筋密网抗侧力墙板结构形式。为研究此装配式钢筋密网抗侧力墙板的抗震性能,制作足尺寸试件,通过拟静力往复加载试验获得滞回曲线,并通过滞回曲线对该墙板的滞回特征、骨架曲线、刚度退化曲线、耗能能力进行分析研究。试验结果表明:该墙板在层间角1/250时承载能力未出现明显下降;与钢筋为斜杆式结构的装配式抗侧力墙板试验结果进行对比,钢筋为密网式结构的抗侧力墙板表现出更好的承载能力、抗震耗能能力和稳定性,极限承载力提高约5.5%,消耗的总能量值提高约11%。采用ABAQUS软件对装配式钢筋密网抗侧力墙板进行有限元分析,模拟结果与实验结果基本吻合,与装配式钢筋密网抗侧力格构柱进行有限元分析对比,装配式钢筋密网抗侧力墙板抗震耗能能力提升33%。     

变电站绝缘子抗震性能试验及数值模拟研究

作为变电站重要基础设施之一，变电站绝缘子的抗震性能直接影响了电力系统的可靠性。采用低周往复加载试验，从高度、轴压比及绝缘子拼装数量三个方面探讨了变电站绝缘子的抗震性能，对比分析了各绝缘子试件基于上述参数下破坏特征、滞回曲线、变形能力、耗能能力和承载能力等抗震性能指标。试验结果表明，绝缘子试件在低周循环加载试验后均发生了弯曲破坏。随着绝缘子试件高度和绝缘子拼装数量的增加，其耗能能力与承载能力逐渐减弱。随着轴压比的增加，滞回曲线的饱满程度和累积耗能能力显著降低，承载能力逐渐增强。基于实验建立的精细化有限元模型与试验结果进行了对比从而验证了模型的可靠性，为本课题后续电力系统抗震性能分析提供有效依据。     

Q690D高强钢基于连续损伤模型的断裂破坏预测分析

高强钢材在实际钢结构中已经开始逐步得到应用,该文针对Q690D高强度结构钢材,进行了钢材圆棒试样在单调加载和超低周循环加载下的断裂破坏试验,研究了试样裂纹的起始位置,分析了加载制度对试样承载能力和变形能力的影响,并采用扫描电镜观察了试样断口的微观形貌,断口呈现韧窝形式的延性断裂特征。基于Q690D钢材缺口圆棒试样的单调拉伸试验结果,结合有限元分析,标定了钢材的连续损伤模型参数。最后,应用钢材的连续损伤模型,对圆棒试样和带初始间隙试样在不同加载制度下的断裂破坏进行预测分析,得到试样的裂纹起始位置、荷载-位移曲线、断裂位移和疲劳寿命均与试验结果吻合良好。     

基于循环孔洞扩张模型的Q355钢超低周疲劳断裂数值模拟

基于微观断裂力学的循环孔洞扩张模型是进行钢材超低周疲劳断裂分析的有效手段。通过光滑圆棒循环加载试验,确定了Q355钢混合强化模型材料参数;进行了不同加载方式下Q355钢单边缺口试件的超低周疲劳试验,确定了试件的超低周疲劳寿命及其断裂发展过程;建立了单边缺口试件有限元模型,基于有限元分析结果,采用循环孔洞扩张模型对试件的超低周疲劳寿命进行了预测,并通过编写用户子程序,删除断裂单元以模拟试件的断裂扩展过程,对试件的超低周疲劳断裂全过程进行了数值模拟。数值模拟结果与试验结果基本吻合,验证了循环孔洞扩张模型对钢材超低周疲劳断裂全过程数值模拟的适用性。     

考虑损伤效应的弯曲破坏型腐蚀RC柱恢复力模型

出于氯盐腐蚀钢筋混凝土（reinforced concrete,RC）结构弹塑性分析的需要,对6根RC框架柱试件进行加速腐蚀试验,而后进行拟静力试验,观察人工气候环境下锈蚀钢筋的表观损伤,并分析不同腐蚀程度和轴压比对RC框架柱破坏形态和抗震性能的影响。在此基础上,引入双参数损伤模型,确定模型参数取值,进而定量化揭示腐蚀RC框架柱损伤发展规律。此外,通过理论分析与试验回归相结合的方法,建立考虑腐蚀与轴压比影响的RC框架柱骨架曲线模型。引入基于损伤的循环退化指数,提出能够反映加载、卸载、再加载、下降四阶段性能退化的滞回规则,进而建立弯曲破坏型腐蚀RC框架柱恢复力模型,并验证其有效性。结果表明,骨架曲线计算值与试验值误差总体在10%以内,累积耗能计算值与试验值误差总体不超过20%;由于计算再加载曲线线性特征,再加载阶段与试验结果存在一定误差,但滞回曲线整体上吻合较好、误差较小,说明建立的恢复力模型能够较为准确地反映弯曲破坏型腐蚀RC框架柱抗震性能。     

装配式减震节点转动型阻尼器抗震性能及恢复力模型研究

提出一种可用于预制装配式结构中梁柱连接和耗能的转动型阻尼器——扭转钢管阻尼器。设计了5个不同参数的扭转钢管阻尼器试件并对其进行了拟静力低周往复加载试验,结果表明：试件整体绕销轴发生转动变形,具有良好的转动变形能力,极限转角均在0.06 rad以上,延性系数均大于规范要求的4.0;试件的滞回曲线饱满,具有明显的等向强化特征,等效黏滞阻尼系数达到0.5左右,具有良好的耗能能力;试件的壁厚和外径越大、有效管长越小,其转动强度越大;试件在等幅循环加载下各项疲劳性能指标基本在±15%的规范要求内,具有良好的抗疲劳性能。在此基础上,对Bouc-Wen模型进行改进以模拟阻尼器的滞回行为,采用量子粒子群算法对试验滞回曲线进行了参数识别,识别结果表明改进Bouc-Wen模型能更好地适应试件的等向强化特性,具有比Bouc-Wen模型更高的模拟精度,可用于整体结构的抗震分析计算。     

近海大气环境下锈蚀RC框架梁恢复力模型研究

为了研究近海大气环境下锈蚀RC框架梁的抗震性能,对8榀经受不同盐雾腐蚀循环作用的RC框架梁进行了低周反复加载试验,分析RC框架梁的滞回特性。基于试验结果,得到了带有负刚度段的三折线骨架曲线,并根据完好构件恢复力模型特征参数,得到了考虑钢筋锈蚀率和配箍率的锈蚀RC框架梁骨架曲线特征点计算公式。采用回归分析法,得到基于滞回耗能的循环退化指数,通过循环退化指数建立可综合考虑构件的捏拢效应、强度退化、卸载刚度退化、硬化刚度退化和再加载刚度加速退化的锈蚀RC框架梁恢复力模型。研究表明:随着钢筋锈蚀程度的增加,锈蚀RC框架梁的抗震性能劣化较明显,滞回耗能逐渐降低;配箍率对锈蚀RC框架梁恢复力特性的影响与未锈蚀RC框架梁相似;所建立的恢复力模型能够较好的描述锈蚀RC框架梁的滞回特性,可为该类结构的弹塑性时程分析提供理论参考。     

自密实高强混凝土框架结构的抗震性能试验研究

为了保证自密实高强混凝土框架结构在抗震地区应用的安全性,采用 MTS 伺服加载系统进行了二榀单层单跨框架在拟静力荷载作用下的抗震性能试验研究。在混凝土强度相近、配筋与构件尺寸一样的情况下,对比分析自密实高强混凝土框架与普通高强混凝土框架的抗震性能。在试验中观测了自密实混凝土和普通混凝土框架的裂缝开展情况、破坏过程、结构的荷载—位移滞回曲线、钢筋与混凝土应变等,对自密实混凝土框架结构抗震性能的分析研究可为自密实混凝土框架结构的工程应用提供设计参考。     

钢筋缀件格构柱抗震性能研究

提出一种新型钢筋缀件钢格构柱作为抵抗水平侧向力构件应用于民用建筑中。为研究此钢筋缀件钢格构柱的抗震性能,通过对钢筋缀件尺寸和角度优选后,确定其具体细部尺寸和角度,制作了足尺试件;通过拟静力往复加载试验研究该钢筋缀件钢格构柱,根据试验获得的滞回曲线对该格构柱的滞回特征、骨架曲线、刚度退化曲线、耗能能力进行研究。试验结果表明:该格构柱在层间角1/250时承载力未出现明显下降;该格构柱具有较好的稳定性和抵抗水平侧向力的能力;使用有限元分析软件ABAQUS进行数值模拟得到该格构柱滞回特征,并将数值模拟结果与试验结果进行对比,模拟结果与试验结果基本吻合。     

带环形阻尼器的装配式高强钢板剪力墙抗震性能研究

钢板剪力墙因具有良好的抗震性能被大量应用到高层建筑和高烈度区域。为解决装配式钢板剪力墙滞回曲线捏缩、平面外屈曲问题,该文提出一种带环形阻尼器的装配式高强钢板剪力墙。针对该装配式高强钢板剪力墙,变化高厚比和钢材牌号对其进行拟静力荷载作用下抗震性能有限元和试验研究,分析破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能性能和延性。研究结果表明：该装配式高强钢板剪力墙内嵌板环形阻尼器和边界连接板带屈服破坏,其他构件完好;滞回曲线饱满,位移延性系数在5.7～8.7,抗震性能良好;提出的抗剪承载力计算公式简单明了、概念明确,与有限元模拟和试验吻合良好。