HRB400E抗震钢筋拉压循环本构关系EI北大核心CSCD

对新型抗震钢筋HRB400E进行单调拉伸及循环加载试验,研究其单调性能、滞回性能、延性特征等,为对比抗震钢筋与普通钢材力学性能的区别,同时进行Q355B钢材的单调拉伸及循环加载试验,并基于能量耗散系数评价不同钢材的耗能能力。采用Ramberg-Osgood模型拟合得到两类钢材的循环骨架曲线,进一步探究随动强化参数对数对滞回曲线模拟效果的影响,并根据循环加载试验结果标定得到Voce-Chaboche模型的混合强化参数,利用ANSYS有限元软件对不同加载制度下的滞回曲线进行模拟。结果表明:HRB400E抗震钢筋的能量耗散系数大于普通钢材Q355B,小于高强钢Q460D以及低屈服钢LYP100、LY100、LY160、LY225;循环荷载作用下,抗震钢筋和普通钢材的材料强度均有明显提升;取4对随动强化参数时,模拟曲线与试验曲线的吻合度最高;采用标定得到的混合强化参数可准确模拟两种钢材在不同循环加载制度下的滞回性能,为今后准确模拟HRB400E钢材在地震作用下的抗震性能提供了参考。     

双相型不锈钢S22053循环本构关系研究

为研究国产双相型不锈钢S22053在循环荷载下材料的力学性能和本构关系,该文采用S22053热轧钢板加工成母材试件,进行单调和循环加载试验,得到14种加载制度下的应力-应变曲线。基于单调加载试验曲线,分析了单调荷载下的材料性能;利用等应变幅加载试验曲线拟合了Chaboche混合强化参数,并用有限元软件ABAQUS对试验进行模拟计算,对比、验证了拟合效果。结果表明:双相型不锈钢S22053延性较好,没有明显的屈服平台和屈服点,比例极限较低;循环骨架曲线可以采用Ramberg-Osgood模型进行拟合;采用不同分量模型标定的3组混合强化参数均能较好的模拟材料的循环受力特征,其中三背应力分量模型(N2L1)拟合效果最好。研究结果可用于分析计算双相型不锈钢结构在地震作用下的受力性能。     

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。     

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。     

可更换延性耗能连接组件的钢框架节点抗震性能研究

为满足高烈度、高人口密度地区对高延性和高耗能能力装配式钢结构的迫切需求,采用高性能低屈服点钢材代替传统钢材来制作钢框架节点连接组件,利用高强度螺栓与主体结构连接,实现预制装配功能、"延性耗能保险丝"功能、震后可更换功能的叠加。采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性全接触有限元模型,结合国内外已有的钢框架全螺栓连接节点循环加载试验,验证建立的数值模型对模拟局部屈曲以及螺栓滑移现象的准确性。在此基础上,通过建立三类典型带连接组件的全螺栓连接钢框架节点数值模型,采用三种不同材料LYP100、LYP160和Q235制作连接组件,对比其承载性能、滞回行为、累积塑性应变以及耗能能力等,深入探讨采用低屈服点钢材连接组件钢框架节点的工作机理。结果表明:连接组件采用低屈服点钢材,可改变节点破坏模式,使塑性累积变形主要集中在连接组件上,耗散大部分能量（90%左右）,避免主体结构过早进入塑性阶段,有效发挥"延性耗能保险丝"作用;带低屈服点钢材连接组件节点的耗能能力高于带普通钢材连接组件的节点;当节点转角达到0.045 rad时,低屈服点钢材连接组件的最大伸长率远小于低屈服点钢材极限强度所对应的应变,说明连接组件仍具有较大的变形空间,不会发生提早断裂破坏,有效提高节点延性。     

带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点设计方法研究

采用屈服点低、高延性、高耗能能力的低屈服点钢材制作钢框架节点的连接组件，实现耗散地震能量与震后可更换功能叠加，为震后可恢复功能结构提供一种优质解决方案。为提出带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点的设计方法，首先采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性计算模型，结合已有钢框架螺栓连接节点拟静力试验，验证数值模型的准确性和适用性。在此基础上，探讨不同影响因子对带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点工作性能的影响，获得各个影响因子与盖板“结构保险丝”作用的定量关系，最终提出了带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点的设计方法和设计流程，并采用实际工程设计算例进行验证。研究结果表明:拼接缝宽度、腹板盖板厚度与梁宽对节点实际承载力系数和盖板“结构保险丝”作用的影响较小；而拼接位置、梁高和翼缘盖板厚度是影响节点实际承载力系数的关键因子，设计不合理时会令“结构保险丝”作用提早失效；基于计算结果拟合得到节点设计承载力系数临界值与拼接位置和梁高的定量表达式，当设计承载力系数小于临界值时，低屈服点钢材盖板“结构保险丝”作用充分发挥；当设计承载力系数大于临界值时，随着设计承载力系数增大，低屈服点钢材盖板“结构保险丝”作用逐渐减弱。     

低周反复荷载作用下型钢高强高性能混凝土框架梁损伤试验研究

为了研究地震作用下型钢高强高性能混凝土框架梁的损伤演化过程,对5榀不同含钢率、配箍率下型钢高强高性能混凝土框架梁试件进行了低周反复加载试验。分析了框架梁的破坏形态以及裂缝开展模式,得到了低周反复荷载作用下框架梁的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,研究了不同含钢率、配箍率下框架梁的刚度退化、强度衰减、延性性能、耗能能力等方面...     

循环荷载下钢材本构模型的应用研究

为进一步验证循环荷载下钢材本构模型的适用性及广泛性,分别从材料及构件层次选取了国内外典型的循环试验结果对模型进行充分验证,包括钢材循环低周疲劳试验、钢构件循环加载试验、钢节点以及组合节点循环加载试验。并通过对比分析循环荷载下钢材本构模型与常用的两折线模型在构件及体系层次应用效果,充分说明了循环特性显著影响抗震性能,在今后的设计计算中需要引起重视。在此基础上,将钢材循环本构模型应用于一个十层钢框架结构抗震性能分析之中,验证了其用于钢结构体系在地震作用下弹塑性时程分析时的可行性,为钢结构的抗震分析提供了有力的工具。     

足尺钢桁架连梁抗震性能试验研究及非线性有限元分析

对4 个足尺的新型钢桁架连梁试件进行了低周反复荷载试验,研究了试件的破坏形态,测量分析了连梁加载点的荷载位移滞回曲线,并分析了连梁的延性、刚度退化规律和耗能能力。采用通用软件ABAQUS 对钢桁架连梁进行了单调加载及低周反复加载作用下的非线性有限元分析。有限元计算和试验结果对比分析表明:两者的荷载位移曲线及承载力特征点吻合较好,都证明钢桁架连梁具有较好的延性,能够耗散较大的地震能量。在此基础上对钢桁架连梁进行了参数分析,研究了腹杆截面、弦杆截面和跨高比对连梁受力性能的影响,以供进一步研究和工程设计参考。     

基于应力三轴度的钢框架循环加载损伤分析

为了研究在低周大应变循环作用下钢材损伤对钢构件及钢框架抗震性能的影响,该文在Bao-Wierzbicki的等效塑性应变与应力三轴度路径的基础上,提出了符合钢材微观机制的应力三轴度起始损伤准则。随后通过10组Q235钢板拉伸试验确定了钢材的损伤演化准则。为了验证这些准则在描述钢构件及框架损伤破坏方面的正确性与适用性,该文采用有限元软件ABAQUS对一组型钢梁、钢框架梁柱节点及一榀钢框架的典型循环加载试验进行了损伤模拟分析。分析结果显示,考虑损伤准则的有限元曲线与试验曲线吻合一致,能较为准确的描述钢构件及钢框架在循环加载下承载力与刚度退化的现象,并能直观地模拟各结构的损伤部位及损伤程度。该文研究为分析钢构件及钢框架在低周大应变循环作用下的性能退化提供较为便捷的方法。     

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。     

Influence of microstructure and load ratio on cyclic fatigue and final fracture behavior of two high strength steels

The results of a recent study aimed at understanding the conjoint influence of load ratio and microstructure on the high cycle fatigue properties and resultant fracture behavior of two high strength alloy steels is presented and discussed. Both the chosen alloy steels, i.e., AerMet® 100 and PremoMet™ 290 have much better strength and ductility properties to offer in comparison with the other competing high strength steels having near similar chemical composition. Test specimens were precision machined from the as-provided stock of each steel. The machined specimens were deformed in both uniaxial tension and cyclic fatigue under conditions of stress control. The test specimens of each alloy steel were cyclically deformed over a range of maximum stress at two different load ratios and the number of cycles to failure recorded. The specific influence of load ratio on cyclic fatigue life is presented and discussed keeping in mind the maximum stress used during cyclic deformation. The fatigue fracture surfaces were examined in a scanning electron microscope to establish the macroscopic mode and to concurrently characterize the intrinsic features on the fracture surface. The conjoint influence of nature of loading, maximum stress and microstructure on cyclic fatigue life is discussed.     

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.     

轻钢龙骨框格密肋复合墙体抗震性能试验研究

轻钢龙骨框格密肋复合墙是在普通RC 密肋复合墙的基础上,以轻钢龙骨代替肋梁肋柱中钢筋龙骨而形成的一种改进型密肋复合墙,为使密肋结构在大开间、中高层建筑结构中的应用成为可能,对轻钢龙骨框格密肋复合墙体抗震性能开展试验与理论研究十分必要。设计进行了1/2 比例轻钢龙骨密肋复合墙体与标准RC 复合墙体的低周反复荷载试验,对比研究改进前后密肋复合墙在破坏形态、承载力、刚度、延性等主要抗震性能方面的差异。试验结果表明,轻钢龙骨复合墙与普通RC复合墙均呈整体剪切型破坏,遵循砌块-框格-外框的破坏顺序;在用钢量增加17%的条件下,前者屈服荷载较后者提高了54.3%,极限荷载提高了53.1%,刚度及耗能性能亦明显优于后者;延性方面两者表现基本一致。该文研究工作为轻钢龙骨框格密肋复合墙在密肋结构中的应用提供了试验数据与基础。     

轴压加载下高强钢筋混凝土柱尺寸效应试验研究

钢筋混凝土构件的尺寸效应主要是:1）混凝土材料本身的非均质性和力学非线性;2）钢筋/混凝土相互作用的高度复杂性共同导致的。随着建筑结构尺寸不断变大,高强混凝土的应用越来越广泛,其高脆性使得其尺寸效应行为更加明显。此外,钢筋混凝土构件大多处于复杂加载条件下,进而使得其尺寸效应问题变得尤为复杂。该文设计了最大截面尺寸为800 mm×800 mm的16组几何相似高强钢筋混凝土柱,对其在轴向受压单调加载及循环重复加载下的力学行为进行了试验研究,并对其名义轴压强度的尺寸效应进行了分析。结果表明:1）高强钢筋混凝土柱的破坏模式受到加载模式的显著影响;2）随试件尺寸变大,高强钢筋混凝土柱耗能能力减弱;3）较单调加载情况,轴向受压循环重复加载下高强钢筋混凝土柱的破坏表现出更强的脆性,且名义轴压强度减小,尺寸效应更显著;4）Ba?ant提出的“尺寸效应律”能够较好地描述大尺寸高强钢筋混凝土柱名义轴压强度的尺寸效应规律。     

Numerical modeling and analysis of ECC structures

The objective of this paper is to develop a tool for the numerical analysis of full-scale ECC structures. For this purpose, a macroscopic cyclic constitutive model for engineered cementitious composite (ECC) materials is developed based on the response of the material at the stress–strain level under different loading regimes. Various features specific to ECC material such as the unloading and reloading characteristics, different backbone curves in tension and compression, and residual strains are taken into account in the model development. The input parameters are limited to those that can be obtained from conventional monotonic compression and tension tests, thus facilitating its use with minimum information. The model is first validated at the stress–strain level and then implemented into fiber-based finite element analysis software for structural level simulation. The results from simulation of ECC members under cyclic and static time history loading are compared to experimental data for model validation at the structural level. Finally, a parametric study is conducted at the member level to investigate the effect of ECC tensile strength and ductility on the structural level response metrics: stiffness, strength, ductility, and energy dissipation capacity. It is observed that the structural level response metrics change considerably depending on the material properties. With its sensitivity to the main behavioral features of ECC, its simplicity, and its sufficient accuracy, the model is suited for use in predicting the behavior of ECC structures under monotonic, cyclic, and dynamic loading scenarios.     

蜂窝式钢框架结构抗震性能试验研究

该文通过低周反复荷载试验对蜂窝式钢框架抗震性能进行研究。分析其在地震作用下的受力过程、破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性等抗震性能。分析结果表明:蜂窝框架在地震作用下有较好的抗震能力,结构的破坏特征主要体现在蜂窝梁上;通过腹板开孔削弱可以控制梁端塑性铰形成位置,使得最大塑性区移至梁腹板削弱处,减小了梁柱连接处的转角,能有效的避免梁柱连接焊缝的脆性断裂,提高了钢框架结构的延性。     

建筑结构钢超低周疲劳断裂破坏的损伤预测模型

针对地震作用下建筑结构钢的超低周疲劳断裂问题,在单调加载损伤模型的基础上,提出了一种适用于超低周循环加载情况下的损伤预测模型,并借助ABAQUS软件的用户自定义材料子程序模块,将建立的损伤预测模型引入到有限元分析程序中。然后分别依据建筑钢结构母材、热影响区和焊缝金属缺口试样的单调加载和超低周循环加载试验,标定了材料的损伤模型参数,并对比分析了缺口圆棒试样在不同加载方式下的损伤演化规律,损伤分析结果表明缺口圆棒试样的裂纹都产生于试样截面中心处,这与试验结果一致。最后,以钢框架梁柱焊接节点为研究对象,应用损伤模型分析了节点危险部位的损伤演化规律,数值模拟了节点的超低周疲劳断裂破坏过程,最终得到节点的疲劳寿命与试验结果吻合良好。