含损伤缺陷的大型钢结构架极限承载预测方法研究

为了能够准确预报出大型钢结构架的极限承载,提高大型承载钢结构架的安全性,提出基于双重非线性理论和测试应力为基准的大型钢结构架极限承载预测方法。推导出以测试应力为参考真实反映钢结构架损伤缺陷的修正模型,实现了对大型钢结构架极限承载的预测。以实验室大型钢结构架模型为例,进行了极限承载实验研究,模型压溃实验所得数据与理论预测值进行了对比,比较结果十分接近,验证了该方法的正确性。     

钢筋混凝土结构的损伤累积模型

本文在材料、构件和结构三个层次上对国内外关于钢筋混凝土结构损伤累积的研究现状进行了综合和评述，分析其中存在的问题和不足，并对今后的研究工作提出建议。     

考虑累积损伤退化及应变率效应的钢筋混凝土框架结构倒塌分析

该文研究考虑累积损伤导致强度和刚度退化及应变率效应的钢筋混凝土框架结构倒塌过程,基于有限元软件ABAQUS平台,开发了相应的显式分析梁单元用户材料子程序,并对钢筋混凝土柱的动态和静态加载试验进行模拟,对比验证了所开发程序的准确性。采用增量动力时程分析法,研究了多维地震输入下某六层框架结构的倒塌过程,对结构的顶点位移、层间位移、基底剪力进行分析。研究结果表明：考虑应变率效应,构件的承载力有一定的提高,但同时退化效应更加显著,因此地震作用下的结构分析应予以考虑率效应及退化效应;通过定义构件损伤和层损伤,可以明显确定结构的薄弱层及破坏路径,模拟在地震作用下的结构倒塌过程,并揭示结构的倒塌机理,对抗倒塌分析提供一定参考。     

考虑缺陷及Comp—P模型的钢结构二阶弹塑性分析

本文提出改进的Ｃｏｍｐ单元＾「８」，能较精确地反映结构中塑性发展、分布和塑性铰的产生顺序，以及反映构件的Ｐδ效应、整体Ｐ－△效应和初始缺陷等，从而使得塑性设计不再局限于低层框架，而且该单元合用方便，用１单元／构件划分方式，适应于大型结构现代力学分析的需求。     

含损伤缺陷悬臂梁的应力求解

对单侧承受双曲余弦分布压力的含损伤缺陷矩形截面悬臂梁,用弹性理论进行了应力分析。应用叠加原理,将构件分解为无损伤缺陷构件和含损伤缺陷的半无限平面分别求解,将外载荷根据其特点展开成三角级数形式,采用半逆解法求出了满足边界条件的近似解析解,得到了构件的应力状态。实例计算结果表明:损伤缺陷附近将产生较大的应力集中,且应力值随损伤缺陷尺寸的减小而增大。     

白鹤滩水电站地下厂房爆破累积损伤效应研究

结合白鹤滩水电站地下主厂房围岩超声波测试结果,研究了地下工程隧洞围岩在循环爆破荷载作用下的累积损伤效应。结果表明:隧洞围岩在爆破开挖作用下的松弛范围为0.8~1.6 m,并且随着爆破次数的增加而范围有逐渐扩大的趋势;随着爆破次数的不断增加,岩体声波速度逐渐降低,损伤度D呈现出非线性累积规律;随着与爆源距离的增大,岩体爆破损伤程度受爆破循环荷载作用的影响减小,累积损伤效应相对不明显;对比发现侧壁和拱顶测孔的测试结果存在较大差异,说明爆破作用下岩体损伤具有各向异性的特征。在Hoek-Brown强度准则的基础上,提出了更适用于损伤岩体的考虑累积损伤效应的岩体力学参数计算公式,并运用现场测试数据验证了公式的工程适用性及合理性。     

初始缺陷对板钢结构极限承载力的影响分析

从含初始弯曲的大挠度方程出发,以薄板厚度的折减量为摄动参数,将残余应力考虑成等效荷载,并通过参数分析的方法修正残余应力等效荷载,根据实用板与理想板的比拟,得出板的厚度折减量和板的极限承载力方程。非线性有限元分析和试验数据的对比表明:该文提出的方法实用、精度高,是分析板钢结构极限承载力的通用方法,可作为非线性有限元分析方法的补充,大大简化了结构极限承载力分析的复杂性。     

复合材料单钉接头疲劳累积损伤破坏分析

基于时间增量原理 , 推导了层合板接头疲劳加载累积损伤应力2应变分析的虚功方程。同时 , 引入Hashin三维疲劳失效准则进行材料的损伤判定 , 并结合建立的疲劳加载材料退化模型、 4种基本损伤机制相互关联作用的材料性能退化方法及复合材料接头最终失效判据 , 建立了层合板接头疲劳载荷作用下三维累积损伤分析的寿命预测方法。最后 , 对层合板接头拉2拉疲劳载荷作用下的损伤累积扩展与失效规律进行了仿真分析 , 并与试验结果进行了对比 , 结果表明 : 本文中建立的寿命预测方法能够很好地预测层合板接头的寿命以及损伤发生、扩展及最终失效。      

基于神经网络的大跨钢结构缺陷损伤的定位研究

大跨钢结构目前被广泛应用于体育馆等大型公共建筑中。但其缺陷损伤位置的确定,至今没有得到很好的解决,这必将影响其使用过程中的安全性。本文利用神经网络技术,以某高校体育场馆的大跨钢结构为工程背景进行模拟损伤定位研究,通过ANSYS计算软件对该大跨钢结构建模分析,得出了该结构在损伤前后的模态参数,并将其结果作为网络的输入参数。为了提高神经网络模型对该结构缺陷损伤判定的收敛速度及诊断精度,在进行损伤识别时,将该大跨结构细分成许多子结构,缩小损伤的范围,同时将高阶频率引入到不同的神经网络训练样本中进行网络训练,检验其对该结构及构件损伤识别的影响。分析结果表明,本文采用神经网络技术对大型复杂结构进行损伤定位是可行的,并通过该方法的改进,将识别精度大大的提高,所得结论为今后进行网络改进,提高网络的准确性、抗干扰性和泛化能力提供了有意义的参考     

基于SINTAP-FAD方法的含裂纹缺陷钢结构构件安全性评定研究

在施工和运营过程中,钢结构构件上出现的裂纹缺陷可能会扩展而导致其发生断裂破坏,因此对含裂纹缺陷钢结构构件的安全性进行评估具有重要意义。首先,引入断裂力学K_IC断裂判据和失效评定图（FAD）概念,并介绍了结构整体性评估程序（SINTAP）的原理;给出了裂纹缺陷评定所需材料参数的确定方法,以及含裂纹缺陷构件的断裂力学参数和塑性屈服荷载的计算方法;然后,提出了基于SINTAP-FAD的含裂纹缺陷钢结构构件的安全性评估流程。最后,以华南和华东两个电厂锅炉钢结构大板梁的焊接缺陷为例,进行了基于K_IC断裂判据和SINTAP-FAD的裂纹缺陷安全性评定研究。结果表明,基于SINTAP-FAD的方法为含裂纹缺陷工作的钢结构构件的安全性评估提供了一种行之有效的方法,考虑多裂纹耦合作用的安全性评定方法有待进一步研究。     

基于频率和当量损伤系数的井架钢结构损伤识别

诊断井架钢结构损伤的位置和程度是保证其安全服役的关键技术。提出了仅基于测试精度高的低阶频率数据和体现综合损伤的当量损伤系数米识别井架钢结构损伤位置和程度的方法。首先应用两阶频率变化比和频率平方变化比识别损伤位置；其次，引入体现结构整体综合损伤和单元损伤的参数．当量损伤系数，推导了当量损伤系数与频率变化率之间的关系，应用...     

[±20°]钢丝/橡胶复合材料的疲劳损伤累积

对 钢丝帘线增强的橡胶复合材料在拉伸循环载荷下的疲劳损伤累积进行了研究。结果表明:在载荷控制的疲劳过程中,材料的周期最大应变发展曲线呈现明显的三阶段规律。帘线端头处基体裂纹的出现是宏观疲劳损伤的初始,损伤的累积表现为裂纹数量增加、帘线/基体脱粘和层间裂纹的扩展。以动蠕变为参量建立了线性疲劳损伤累积模型,该模型能够较好地预报两级加载条件下材料的第二级疲劳寿命。     

土木结构损伤多尺度并发计算方法及其应用

大型土木结构的损伤破坏是跨尺度演化的结果, 因此单一尺度下的结构分析难以正确地反映结构的非线性损伤失效过程。该文根据结构损伤在宏观、细观尺度下的不同特征建立结构一致多尺度模型, 并通过多点约束法进行跨尺度关联, 实现了结构整体线弹性响应分析和局部细节易损部位的细观层次上弹塑性损伤分析的并发进行。计算结果表明:该文提出的结构损伤多尺度并发计算方法能够兼顾结构整体上的线弹性响应和局部易损部位在细观层次上的塑性损伤特征, 在对结构多尺度响应与损伤特征进行准确描述的基础上, 能够获得结构易损局部的细观损伤状态、演化过程及其对结构宏观响应与失效的影响。     

高强度钢材钢结构研究进展综述

高强度钢材钢结构在结构受力性能、建筑使用功能以及社会经济效益等方面具有显著优势,近几年开始在国内外多个建筑和桥梁结构中取得了成功应用。该文全面综述了国内外学者针对高强度钢材钢结构在材料和构件层面受力性能方面取得的研究成果,包括材料的静力拉伸力学性能和韧性、断裂以及疲劳性能,构件的受压稳定和抗震性能,以及连接节点的力学性能等内容,为此类新型钢结构进一步的研究工作及设计方法制定提供参考,同时促进其在我国钢结构工程的应用。     

结构疲劳损伤演化过程的多尺度同步观测与分析

大型土木结构的失效劣化过程是一个跨尺度损伤演化过程,在相同的时间节点不同的空间尺度下,通常表现出独特的损伤演化响应特征和力学特性。该文以某大型桥梁纵向加劲钢桁架的缩尺模型为研究对象开展疲劳损伤演化过程多尺度同步观测试验工作,综合运用电测技术、光测技术和动态测试技术实时监测桁架疲劳损伤演化过程,据此分析对比桁架在细观和宏观尺度下的损伤演化响应特征和力学特性。在电测技术观测到桁架局部疲劳裂纹萌生之后,光测和动态测试技术得以继续追踪疲劳裂纹的扩展过程并评价局部损伤演化对构件以及结构整体力学特性的影响,结果表明:结构局部细观尺度上的损伤演化不至于影响结构宏观尺度的整体力学特性,但是局部损伤的累积必将导致结构失效劣化。     

高强度渗碳钢制构件的断裂分析

利用化学分析、金相检验、扫描电镜以及电子探针微区分析等方法对高强度20CrNiMo渗碳钢制矿岩牙轮钻头和汽车发动机活塞销的断裂原因进行了分析。结果表明，两构件的断裂是由于锻轧温度过高，引起硫化物在晶界上的再析出所造成的。指出了要重视这类渗碳钢的缺口敏感性及对钢中非金属夹杂物的检验方法。     

基于等损伤的钢框架结构抗震性能优化

等损伤设计是指在地震作用下结构所有构件(楼层)发生同等程度的损伤而形成均匀的侧向变形,使所有结构构件的性能均能充分发挥。该文采用优化准则法发展了基于OpenSees平台的钢框架结构等损伤抗震设计方法。通过提取结构在强震下的构件损伤指数来获得损伤指数比列阵,进而定量地对损伤严重部位进行加强、对损伤较轻部位进行削弱;基于材料总造价恒定和体系约束条件,对所有构件进行重新调整。以一个8层钢框架结构作为原始结构,采用规范反应谱拟合的一条人工地震动作为输入,探讨了不同超松弛因子对优化结果的影响;通过大样本时程分析,对比了结构优化前后的层间位移角分布、整体损伤指标、楼层损伤分布和整体抗震能力,结果表明该文的优化方法能有效的提高结构的抗震能力。     

钢结构火灾反应相似模型及试验研究与分析

为采用缩尺模型研究火灾下整体钢结构的火灾反应,首先基于火场相似关系以及热传导分析理论推导了钢结构火灾反应相似关系模型,其次根据建立的火场与结构相似关系模型分别设计了1/4和1/8缩尺火场试验模型与钢框架结构试验模型,并对其进行了缩尺火灾试验研究,对比分析了空气温度、结构温度、结构变形与结构破坏规律。结果表明：烟气温度、结构温度、结构变形表明结构火灾反应相似模型具有较好的合理性和准确性,承载力与稳定性也满足相似模型;温度相似比为1以及相同的火场和结构时间相似比可以简化相似模型;缩尺模型试验需要严格控制火场维护结构的变形以及外界通风条件,才能保证结构在高温破坏阶段后的相似性。     

基于性能的钢框架结构失效模式识别及优化

该文定义了损伤和滞回耗能两个性能指标,以增量动力分析(IDA)方法为基础,提出基于性能的钢框架结构失效模式识别方法,并以性能指标为目标函数,以构件截面尺寸作为变量,建立钢框架结构失效模式多目标优化方法。在多条地震波作用下,对一个20层benchmark钢框架结构进行了失效模式识别与优化分析,结果表明,以损伤和滞回耗能作为评价指标的基于性能的钢框架结构失效模式识别方法,能有效识别最不利地震作用下的结构失效模式,基于性能的失效模式多目标优化方法能够显著提高结构整体的抗震性能。     

大跨斜拉桥扁平钢箱梁的多尺度损伤分析研究

以润扬大桥斜拉桥为分析对象,提出了扁平钢箱梁结构的多尺度损伤分析方法。采用子结构方法将钢箱梁结构全尺度动力响应和细节尺度构件损伤相互衔接实现多尺度损伤分析。在此基础上对模态曲率、模态应变能、模态柔度和斜拉索索力指标的损伤识别效果进行了比较研究。分析结果表明:(1)无噪声情况下,除了模态柔度指标不能够正确识别钢箱梁腹板损伤以外,各损伤指标均能正确识别其余所有损伤工况。(2)对大多数情况,柔度指标的抗噪性最好,曲率指标和应变能指标次之,索力指标最差;(3)应变能指标和柔度指标在钢箱梁结构损伤定位上具有一定的互补性。