高层钢结构标准梁柱节点脆性断裂机理研究

由于焊接工艺的影响,高层钢结构标准梁柱节点中会不同程度地存在一条人工裂纹,自Northridge地震发生以后,此人工裂纹被众多学者认为是钢结构梁柱节点发生脆性断裂的主要原因之一。针对人工裂纹,以巨型钢框架节点为模型,利用高精度有限元方法得到了线弹性、弹塑性情况下人工裂纹尖端应力场的分布情况,引入断裂力学的参量———应力强度因子KI和J积分,得到应力强度因子KI与J积分值与梁下翼缘拉应力之间的关系,建立人工裂纹扩展的断裂准则,定量解释了节点发生脆性断裂的原因。     

钢结构的脆性断裂分析

通过简述钢结构的脆性断裂事故,应用断裂力学的原理对结构发生断裂的因素进行分析,指出其主要影响因素。最后,分别从焊接钢结构的设计,施工工艺、质量控制以及维修监控等方面对钢结构的脆性断裂提出防治措施,以期为实际工程提供参考。     

钢结构高强螺栓脆性断裂的研究现状

介绍了当前高强螺栓的研究现状及动态,论述了钢材脆性断裂理论、研究动态以及脆性断裂的影响因素和高强螺栓的脆性断裂理论、研究方法。提出了当前尚需解决的问题。     

基于断裂韧性的钢厚板防脆断性能研究(II)——选材方法

随着国内钢结构厚板的大量应用和我国大范围低温区域的建筑业快速发展,低温环境和板厚增大逐渐成为钢板脆性断裂的重要因素.现行规范中仍采用冲击韧性指标来指导选材,而基于断裂力学理论的断裂韧性指标能更准确地评定断裂破坏的发生.本文在钢结构厚板低温断裂韧性指标CTOD试验结果的基础上提出了一套定量化的钢厚板防脆断的选材方法,并从...     

浅析钢结构脆性断裂和疲劳的防治措施

本文主要对钢结构脆性断裂和疲劳的问题进行了深入细致的分析,论述了其断裂和疲劳的原因及防治措施,总结出提高和改善钢结构构件疲劳性能的设计、施工等措施,进而更好地避免钢结构构件疲劳破坏。     

钢框架刚性节点脆性断裂性能研究

以直接扩翼型、侧板加强型、翼缘板加强型、盖板加强型、狗骨削弱型和普通节点作为研究对象,对比分析6种钢结构典型刚性节点发生脆性断裂的可能性。研究采用ANSYS非线性有限元方法建模,以等效塑性应变指数(PI)和开裂指数(RI)作为断裂性能的判断指标,通过对比各类型节点的应力分布,分析3条指定路径和4个关键点的开裂指标,综合研究6种典型刚性节点的断裂性能,给出各类节点发生脆性断裂的关键位置,并得到翼缘板加强型节点防脆断能优于其他类型节点的结论。     

焊接钢结构脆性断裂的防止

简述了焊接钢结构脆性断裂的实质、产生的原因及形成过程,并从工艺角度提出了一些设计改进的建议与防止措施。     

双裂纹尖端应力场及其扩展规律研究

以平阴黄河大桥为研究对象,采用含双裂纹尖端的钢桁架桥精细断裂力学分析模型,在与单裂尖同样的结构系统和外荷载作用下,并施以同样的循环荷载次数和扩展规则模拟其扩展过程,研究双裂纹尖端的三轴应力场、J积分和扩展速率,并与单裂尖的对应值进行比较。     

基于冲击韧性的钢结构厚板防止脆性断裂的选材方法

建筑钢结构在我国正逐步兴起,结构向高层、超高层或大跨度方向发展的同时带来了钢材的厚板化。我国存在着大范围的寒冷地区,环境低温和钢板厚度增大导致钢材的韧性变差,从而使钢结构厚板工程的应用面临着较为严峻的低温冷脆问题。而现行钢结构设计规范尚缺乏防止厚板脆性断裂的选材规定。在厚板低温冲击韧性试验结果的基础上,从低温条件、钢板厚度及韧脆转变温度三方面对选材方法进行探讨,为钢结构厚板工程的防脆断设计提供选材建议。     

STUDY ON THE BRITTLE FRACTURE CHARACTERISTICS OF RIGID JOINTS IN STEEL FRAME

以直接扩翼型、侧板加强型、翼缘板加强型、盖板加强型、狗骨削弱型和普通节点作为研究对象,对比分析6种钢结构典型刚性节点发生脆性断裂的可能性。研究采用ANSYS非线性有限元方法建模,以等效塑性应变指数（PI）和开裂指数（RI）作为断裂性能的判断指标,通过对比各类型节点的应力分布,分析3条指定路径和4个关键点的开裂指标,综合研究6种典型刚性节点的断裂性能,给出各类节点发生脆性断裂的关键位置,并得到翼缘板加强型节点防脆断能优于其他类型节点的结论。     

基于拉伸试验的锈蚀钢板力学性能研究

通过对浙江路桥纵梁截取得到的32根锈蚀钢板试件进行拉伸试验,研究了锈蚀钢板各项力学性能变化规律,发现随着锈蚀程度的增加,钢板的弹性模量基本保持不变,而钢板的屈服强度、极限强度、极限伸长率近似按照线性关系发生退化,屈服平台逐渐缩短直至消失。在本次试验的特点上,提出了以试件最大失厚率作为钢板锈蚀程度表征值,并建立了屈服强度与锈蚀程度拟合关系的下边界线方法,为老化钢结构鉴定加固提供参考。     

钢结构在低温下脆性破坏的研究

简要介绍国外在低温冷脆现象领域理论和实验研究的历史、现状和前景，并结合我国自然气候环境、钢结构应用现状及现行钢结构规范阐述了在我国从事该领域研究的必要性。     

开孔高强钢板材料力学性能的试验研究

以高强钢Q460、Q600为研究对象,对14块开孔高强钢板进行单向拉伸试验,并详细分析试件的破坏特征、应力-应变曲线及其应变能.研究结果表明:未开孔试件断口处发生了明显的颈缩现象;开孔试件易在开孔处出现应力集中而成为最先破坏的部位;Q600高强钢材的极限抗拉强度、耗能性能、延性均优于Q460高强钢材;增大试件厚度,可以...     

延性节点钢框架结构的力学性能分析

延性节点是近年来采用的新型梁柱连接方式,具有良好的抗震性能,但由于延性节点构造较复杂,该类型节点的框架实体结构数值计算耗时、耗力,为提高计算效率,利用3种延性节点的简化理论模型,分别对3层1跨和6层3跨的翼缘削弱型节点和盖板加强型节点钢框架进行简化,并对框架简化模型进行3种工况下的静力分析,提取结构内力和变形等计算结果与实际框架计算结果进行对比,分析表明:3种延性节点简化模型均表现出与原结构相一致的受力特性,利用框架简化模型进行静力分析具有良好的精度,为延性节点框架静力分析提供了较为简便的数值计算方法。     

不同约束H型钢柱火灾后力学性能试验研究

通过对3根柱顶受不同约束的H型钢柱的火灾后力学性能的对比试验研究,讨论不同约束对H型钢柱火灾后力学性能的影响。3种约束条件分别为:柱顶对称约束、柱顶非对称约束和自由膨胀。火灾中及火灾后的试验结果显示,H型钢柱的升温和降温过程存在一定的滞后性,受火后的H型钢柱仍有较高的轴压承载力,最终破坏时伴随着翼缘和腹板的局部屈曲,约束性质对H型钢柱火灾后的力学性能有明显的影响,也即受对称约束的H型钢柱在火灾后轴压作用下的纵向应变明显不同于非对称约束的情况,而且非对称约束钢柱压曲破坏前的整体刚度明显高于对称约束。火灾后H型钢柱沿强轴方向的侧向弯曲形状呈S形变化,这一特征对于受对称约束和自由膨胀的钢柱更为明显。     

岩石多裂纹相互作用破坏机制的研究

 博士学位论文摘要　岩石是一种含有多裂纹的高度非均匀材料, 其变形破坏过程实质上是岩石材料中裂纹的萌生、扩展、相互作用直至最后贯通破坏的动态演化过程。考虑非均匀性影响的岩石多裂纹扩展中相互作用及其贯通破坏机制研究是岩石断裂力学的重要研究课题, 同时也对裂隙岩体开挖工程稳定性、边坡滑坡预防及构造地震产生机制及预测预报等研究具有重要的理论和实际意义。本文主要通过自主开发的基于岩石细观损伤模型的二维岩石破裂过程分析软件RFPA2D 并辅以一定的相似材料试验, 结合已有的研究成果对岩石多裂纹的破坏机制进行了分析, 探讨了岩石中预置裂纹的空间排布几何特征、力学参数、加载方式和非均匀因素等对其演化过程中的应力场分布、声发射分布、岩桥区的贯通模式及贯通准则的影响。通过上述研究取得了如下主要认识:(1) 多裂纹相互作用主要表现为应力场的相互扰动。根据裂纹的相对几何位置和加载方式等条件, 进行不同叠加后的应力场可产生两种效应, 即相互增强或减弱效应。裂纹相互作用的应力场叠加强度和应力属性决定了裂纹扩展和贯通的基本模式。由于岩石的抗拉强度较之抗压强度小一个数量级左右, 因而裂纹的萌生总是首先出现于预置裂纹端部拉应力集中区, 产生拉2张性质的翼形裂纹, 随着裂纹的扩展, 裂纹尖端的拉应力集中逐渐变小, 当扩展至与主应力方向近于平行时,裂尖出现压应力集中。(2) 数值模拟和相似材料试验都发现, 裂纹间的贯通模式有4 种, 即拉模式( T2Mode) 、剪模式(S2Mode) 、压模式(C2Mode)和混合模式(M2Mode) 。扩展裂纹最终以何种形式连接、贯通, 在裂纹间摩擦系数不变情况下, 则主要取决于裂纹之间的几何位置。裂纹的贯通模式决定了裂纹贯通时的贯通应力的大小。一般以S 模式的贯通应力最高, M 和C 模式次之, T 模式的贯通应力最低。在三个以上裂纹相互作用贯通时服从由贯通应力所决定的最弱贯通路径原则。(3) 侧压对裂纹萌生、扩展、相互作用及贯通机制有很大影响。随着侧压的增大, 翼形裂纹的生长受到抑制, 以次级裂纹的扩展成为主要贯通因素。在较低的侧压下为拉破坏贯通模式的裂纹, 随着侧压增加, 逐渐变为以拉剪混合模式或剪切模式贯通。不同长度的裂纹在侧压变化时对试样破坏所起的作用不同。在较低或无侧压时裂纹群试样破坏模式中较大的裂纹起到控制作用。随着侧压增大, 成条带状态集中排布小裂纹对试样的最终破坏起到了决定作用。随着侧压增加, 裂纹的起裂应力、贯通应力和峰值强度都随之增大。(4) 非均匀性的存在产生的岩石中应力分布局部集中和变形局部化, 是引起裂纹复杂相互作用和扩展贯通方式的根源。由于非均匀性的影响, 裂纹的扩展路径变得断续、粗糙和曲折。裂纹扩展前方遇到不同性质的包裹体时, 裂纹的扩展会出现很大的不同。即当裂纹扩展遇到较强的介质时, 裂纹的扩展方向会发生偏转, 并绕过强介质继续扩展; 较弱的介质和已贯通的裂纹组对其它组裂纹的贯通有屏蔽作用。非均匀性对多裂纹试样的起裂应力、贯通应力和峰值强度都有很大影响。随着岩桥均质度的提高, 试样的特征应力都相应随之提高。以上所得结果和相关的试验观测取得了较好的一致性。     

岩板断裂铰接成拱过程及其失稳特征试验研究

 利用MTS岩石力学试验机和自主研发的加载装置,进行集中荷载作用下,岩板断裂铰接成拱过程及其失稳特征的试验研究,得到竖向荷载¬¬–位移–水平反力关系曲线。试验结果表明：随着竖向荷载的不断增大,岩板梁式断裂后铰接形成拱形结构,并在铰接点产生水平反力。在竖向荷载和水平反力的共同作用下,竖向荷载–位移–水平反力关系曲线存在4个明显的力学响应阶段：加载前应力调整、岩板断裂铰接成拱、岩拱结构承载的峰前硬化和峰后软化4个阶段。基于岩板铰接拱结构工程力学模型,推导出岩拱结构承载力与水平反力关系式,并进行岩拱结构受力随岩板参数变化的敏感性分析。