圆钢管构件复杂受力状态下滞回性能试验研究

发布时间：2020-09-25 10:05

　　圆钢管广泛应用于大跨空间结构中。强震作用下,大跨空间结构边界区域构件受力状态复杂,同时存在轴力、剪力及弯矩等内力且幅值均变化较大,因此,支座附近管件发生不同程度的震致破损乃至断裂的情况屡见报道。但目前缺乏针对圆钢管构件复杂受力状态下滞回特性的系统研究,基于此,本文以试验研究方法为主,结合有限元分析,研究不同轴力侧向位移组合加载制度下的圆钢管构件的滞回性能。主要工作如下:(1)取材自试验所用20#热轧无缝圆钢管,设计并加工了 9个单调拉伸加载试件(3个光滑试件,6个缺口试件)和9个超低周往复加载试件(3个光滑试件,6个缺口试件),并进行材性试验。识别钢材在单调加载条件下的VGM微细观断裂预模型韧性参数和超低周往复加载时的Chaboche混合强化模型材性参数,校正了CVGM微细观断裂预测模型的损伤退化参数λCVGM,并对往复加载下缺口圆棒试件进行了断裂预测与试验结果吻合较好。(2)完成了 5个变轴力压弯构件滞回特性试验和3个变轴力拉弯构件滞回特性试验。从试验现象、滞回曲线、骨架曲线、耗能情况、断裂延性和断裂时的循环圈数等多个角度,对比分析了轴力和侧向位移同频同步加载,存在相位差加载,及两者加载频率不同对圆钢管试件滞回特性的影响。(3)采用ABAQUS有限元分析软件建立考虑了焊缝、热影响区的圆钢管试件数值分析模型,探讨了初始缺陷幅值变化及网格尺寸变化对计算结果的影响。结合CVGM理论,模拟在不同加载制度下的圆钢管压弯及拉弯构件变轴力滞回性能,并用实测数据对数值分析方法进行了校核。结果表明,所确立的有限元分析模型能准确反映圆钢管构件的各项非线性性能,在本文研究范围内,CVGM微细观断裂模型适用于对拉弯圆钢管试件进行断裂预测,但用于压弯构件的断裂预测时结果不合理。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TU392.3
【部分图文】：

光滑试件,尺寸

，了钢材基本材料参数。考虑试验时钢管可能发生延性断裂，故通过有限元模拟校逡逑正了在单调加载条件下的ＶＧＭ微细观断裂预模型初性参数和超低周往复加载条件逡逑下管材的ＣＶＧＭ微细观断裂预测模型参数，为圆钢管在往复荷载作用下的断裂预测逡逑做好准备。逡逑２．１单向拉伸试验逡逑２．邋１．１试件尺寸及数量逡逑单向拉伸材性试验根据规范ＧＢ／Ｔ邋２２８．１－２０１０［４８］《金属材料拉伸试验方法》，逡逑共设计四种不同尺寸的９个试件，其中包括一种光滑试件和三种缺口试件，缺口逡逑半径分别为１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ，分别ｉ己为Ｒｌ、Ｒ２、Ｒ４，所有试件取自同一批次钢材，逡逑试件类型与数量如表２－１所示。图２－１，２－２为试件的尺寸图，图２－３为加工得到逡逑的实物图。光滑试件和缺口试件的有效区直径实测尺寸如表２－２和２－３所示。逡逑

单向拉伸试验,实物,试件,最小直径

表２－１试件类型及数量逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－１邋Ｔｙｐｅ邋ａｎｄ邋ｑｕａｎｔｉｔｙ邋ｏｆ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎ逡逑圆管尺寸逦Ｓｍｏｏｔｈ逦Ｒ１逦Ｒ２逦Ｒ４逡逑０＃无缝管逦２７３＊１４逦Ｓｌ－１，邋Ｓｌ－２，邋Ｓｌ－３邋Ｒｌ－１，邋Ｒｌ－２邋Ｒ２－１，邋Ｒ２－２逦Ｒ４－１，邋Ｒ４－２逡逑表２－２光滑试件编号和实测尺寸一览表逡逑Ｔａｂｌｅ２－２邋Ｎｏｔａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｍｅａｓｕｒｅｄ邋ｓｉｚｅ邋ｏｆ邋ｓｍｏｏｔｈ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ逡逑＂＂￣￣标距＾ｆ／ｍｍ＂￣＂＂逦平均值／灥逡逑＿ｈｇｐ逦＾逦ｈＳＰ逦逡逑ＳＩ－１逦７．９６逦７．９３逦７．９１逦７．９３逡逑ＳＩ－２逦７．９７逦７．９５逦７．９３逦７．９５逡逑Ｓｌ－３逦７．９５逦７．９３逦７．９１逦７．９３逡逑表２－３缺口试件编号和实测尺寸一览表逡逑Ｔａｂｌｅ２－３邋Ｎｏｔａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｍｅａｓｕｒｅｄ邋ｓｉｚｅ邋ｏｆ邋ｎｏｔｃｈｅｄ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ逡逑编号逦最小直径／ｍｍ逦编号逦最小直径／ｍｍ逦编号逦最小直校／ｍｍ逡逑１－１逦５．０２逦Ｒ２－１逦５．００逦Ｒ４－１逦４．９５逡逑１－２逦５．０３逦Ｒ２－２逦４．９８逦Ｒ４－２逦５．００逡逑

试验设备,光滑试件,缺口试件

逦钢管材性试验及微观损伤模型参数校正逦逡逑对于光滑试件，随着轴向变形的不断增大，试件中间部分开始颈缩，相应的应逡逑力也达到峰值，直至最后断裂，断口呈杯口状；对于缺口试件，变形全部发生在逡逑缺口处。光滑试件和缺口试件破坏时的状态如图２－５所示：逡逑＿、Ｖ’＇逡逑

【参考文献】