受损钢梁和钢柱力学性能试验研究

发布时间：2018-09-09 14:25

【摘要】：钢结构在现代工程中应用普遍,在钢结构服役期间,钢构件由于各种因素不可避免会受到不同程度的损伤,对于一些大型结构不可能立即放弃使用或者推倒重建。为了兼顾经济效应和安全性能,必须对那些局部受损的钢构件进行受力性能分析,评估其是否达到继续使用的要求。本文主要研究钢梁和钢柱损伤后的受力性能,依据经典损伤力学中考虑材料损伤后弹性模量下降的评估方法,通过试验、理论和有限元三种方法对受损钢梁和钢柱进行了材料、截面及构件三个层面的分析。本文主要研究工作如下:1、受损钢材的力学性能研究:通过破坏性拉伸试验,获得不同损伤情况下Q345钢材的弹性模量下降值,分析出材料损伤后加载弹性模量下降趋势以及规律。对试验结果进行分段线性拟合,提出受损钢材弹性模量计算方法,用以修正受损钢材的本构关系。2、受损截面的力学性能研究:针对钢结构常用H型钢截面的损伤特性展开分析,以材性试验结果为依据,将损伤程度分成三类,得出不同损伤程度下截面平均加载弹性模量计算式。推导出受损H型截面在压弯荷载作用下M-Φ-P关系的求解公式,通过求解公式得出H型窄翼缘、中翼缘、宽翼缘截面的M-Φ-P关系近似表达式,利用近似表达式对M-Φ-P关系进行参数分析,分析出截面尺寸变化对M-Φ-P关系的影响规律。3、受损构件的力学性能研究:完成了材性为Q345的H型受损钢梁受弯试验和受损钢柱偏心受压试验,利用Newmark法得到受损钢梁和钢柱的荷载-位移曲线,对比试验结果,验证M-Φ-P关系求解公式的正确性。利用Newmark法对受损悬臂钢柱在压弯荷载作用下的力学性能进行参数分析,利用有限元分析软件ABAQUS对钢梁受弯性能进行参数分析,研究了翼缘宽度、翼缘厚度、腹板高度、腹板厚度及损伤程度对受损钢梁和钢柱受力性能的影响。
[Abstract]:Steel structures are widely used in modern engineering. During the service of steel structures, steel members will inevitably be damaged in varying degrees due to various factors, so it is impossible to give up the use of some large structures immediately or push them down for reconstruction. In order to give consideration to the economic effect and safety performance, it is necessary to analyze the mechanical behavior of the partially damaged steel members and evaluate whether they meet the requirements of continuing use. In this paper, the mechanical properties of steel beams and columns after damage are studied. According to the method of evaluating the decrease of elastic modulus after material damage in classical damage mechanics, the materials of damaged steel beams and columns are studied by means of experiment, theory and finite element method. Section and member analysis of three levels. The main work of this paper is as follows: the mechanical properties of damaged steel are studied as follows: through destructive tensile test, the decreasing value of elastic modulus of Q345 steel under different damage conditions is obtained, and the decreasing trend and regularity of elastic modulus after material damage are analyzed. By piecewise linear fitting of the test results, a method for calculating the elastic modulus of damaged steel is put forward, which is used to modify the constitutive relation of damaged steel. 2. The mechanical properties of damaged section are studied. The damage characteristics of H-section in steel structure are analyzed. Based on the experimental results of wood properties, the damage degree is divided into three categories, and the formula for calculating the average loading elastic modulus of the section under different damage degree is obtained. The formula for solving M- 桅 -P relation of damaged H-section under compression and bending load is derived. The approximate expression of M- 桅 -P relation of H-shaped narrow flange, middle flange and wide flange section is obtained by solving formula, and the M- 桅 -P relation is analyzed by using approximate expression. The influence of section size change on M- 桅 -P relation is analyzed. 3. The mechanical properties of damaged members are studied. The bending test of H-type damaged steel beam with material property Q345 and the eccentric compression test of damaged steel column are completed. The load-displacement curves of damaged steel beams and columns are obtained by Newmark method. The correctness of the formula for solving M- 桅 -P relation is verified by comparing the experimental results. The mechanical properties of damaged cantilever steel columns under compression and bending loads are analyzed by Newmark method. The bending behavior of steel beams is analyzed by finite element analysis software ABAQUS. The flange width, flange thickness and web height are studied. Effects of web thickness and damage degree on the mechanical properties of damaged steel beams and columns.
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU391

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本文编号：2232646