Q690高强钢焊接H形截面受弯构件的抗弯强度和转动能力研究

发布时间：2020-11-06 13:37

　　高强钢由于其高强轻质,更好的塑形和韧性等特点,在大跨度、大空间的工程结构中具有天然的优势。但是,高强钢相比普通强度钢材也存在本质上的劣势,如屈服平台的缩减,屈服点不明显,屈强比过高等等,使得高强钢在结构延性的设计中难以发挥作用。对于受弯构件而言,延性是一项非常重要的评价指标。现行抗震设计规范规定,结构在罕遇地震作用下,应备良好的变形能力和耗散地震能量的能力,也就是结构或构件必须具有一定的延性来抵抗地震等强烈荷载的冲击。本文主要研究的是名义屈服强度为690MPa的高强钢H形截面受弯构件的转动能力和极限承载力。在有足够侧向支撑布置的情况下,一共有10根高强钢H形截面梁在跨中受集中荷载,最后均发生非弹性破坏。构件的截面设计考虑了美国钢结构设计规范和欧洲钢结构设计规范对截面种类的划分,以研究不同截面类型的抗弯性能和转动能力。转动能力值由梁端转角表示,本文梁端转角采用了三种方法进行测量。在试验过程中,数字散斑技术(DSCM)被采纳进来,拍摄了全部构件的腹板局部屈曲现象,经分析后,跨中腹板的局部屈曲起始点和扩展范围得到了进一步体现。为了了解受弯过程中受压翼缘的局部屈曲特性,在受压翼缘靠近跨中位置粘贴了应变片以测量翼缘的曲率变化。同时,基于有限元软件ABAQUS一个三维壳单元模型建立起来,考虑了实测的材料应力-应变关系和构件的初始缺陷(初偏心和初弯曲)。有限元的计算结果表明,试验和有限元分析的结果吻合良好。基于这个有效的有限元模型,本文展开了关于截面尺寸、构件长细比、板件长细比等的参数化分析,充分研究了这些参数对于高强钢受弯构件的抗弯承载力和转动能力的影响。最后,试验结果和有限元分析结果都和中国的《钢结构设计规范》GB50017-2003、美国的钢结构设计规范AISC360-10(2010)和公路桥梁设计规范AASHTO LRFD(2004),欧洲的钢结构设计规范EC3(2005)计算结果进行对比。对比结果显示针对国产Q690高强钢受弯构件的正则化翼缘宽厚比和腹板高厚比应分别控制在9和50,才能够使受弯构件的转动能力达到国际标准3.0以上。本文创新点如下:(1)通过试验研究了Q690高强钢焊接H形梁在跨中单点荷载作用下的抗弯承载力和转动能力;(2)通过试验研究分析Q690高强钢梁延性的具体参数和影响程度;(3)通过试验研究和有限元分析提出了适用于Q690高强钢梁延性发展的翼缘和腹板宽厚比限值。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU391
【部分图文】：

波纹腹板,高强钢,组合梁

图 1.1 Moon 对波纹腹板的研究[33]Fig. 1.1 Reserch of corrugated web by Moon[33]图 1.2 Tanaka 对高强钢组合梁的研究[34]Fig. 1.2 Reserch of high strength steel composite beam by Tanaka[34]

高强钢,组合梁

图 1.2 Tanaka 对高强钢组合梁的研究[34]Fig. 1.2 Reserch of high strength steel composite beam by Tanaka[34]2010 年以来，各国对高强钢梁的转动能力和非弹性屈曲模态下的承载力表现得更为关注。Lee[35]对连续跨工字形梁在负弯矩作用下的转动能力进行了细致的研究并引进一个新的参数 α=My/Mp，且分析得到，在 0.8~0.85 之间梁的转动性能最佳，而且通过有限元分析了屈服强度达到 680MPa 的高强钢受弯构件在有侧向支撑状态下的转动能力，虽然无论如何，梁的转动能力 R 都不能达到 3，但是侧向支撑布置合理能明显提高其延性。韩国的 Cheol-HoLee[36]为了确定 AISC 的翼缘局部屈服准则是否可用于名义屈服强度 800MPa 的高强钢梁，共进行了 16 组高强钢梁的加载试验，充分分析了翼缘宽厚比，弯矩梯度，加劲肋和横向支撑对梁稳定性和转动能力的影响。2012 年 Gioncu[37]提出了一些建议方法，将塑性坍塌机理方法引入到宽翼缘受弯构件的转动能力计算中。他们描述了在试验中观察到的钢材单元的非弹性变形现象。基于受弯构件局部屈曲模态形成的塑性区和屈服线，一些坍塌机制和设计方

电子散斑,抗剪试验,工字型,混凝土梁