设置耗能壳板的高强钢圆管桥墩轴压性能研究
发布时间：2022-01-25 19:46
桥墩作为桥梁的关键承重结构,其损坏与否对桥梁整体结构的损伤甚至破坏起着举足轻重的作用。钢桥墩存在自重轻、延性好、强度高、占地面积小、施工周期短且震后可修复等优良特性,且钢结构是绿色可持续发展的材料,越来越多的钢结构应用到桥梁建设工程中来。随着对钢材研究的进一步开展,高强度钢和低屈服点钢应运而生。新型钢材力学性能和成分指标和普通强度结构钢不尽相同,新型钢材在实际工程应用中的表现有待进一步探究。为此,本课题提出一种设置耗能壳板的高强钢圆管桥墩,在其根部设置内嵌弧形低屈服点壳板,为充分发挥构件的承载能力及延性性能。设计4组8个Q460高强钢壁板的圆管截面桥墩试件进行轴压试验研究,拟定有无壁板加劲肋、低屈服壳板强度以及低屈服点耗能构件连接方式、低屈服点壳板厚度四个关键参数作为控制变量。探讨在轴压作用下试件的破坏机理、承载能力、延性性能等力学特征,对比分析设置耗能壳板与标准试件及设置普通加劲肋构件的力学性能和破坏机理的差异。试验过程中,试件发生破坏类型主要有三类:（I）局部屈曲变形主要发生在试件根部的“象脚式”破坏,以塑性变形为主;（II）试件根部壁板局部屈曲变形后,高强螺栓被剪断;（III）试...
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
混凝土桥梁震害
3但是，在实际工程运用中，钢桥墩在地震作用下容易发生局部屈曲变形、角焊缝开裂破坏，导致钢桥墩的抗震性能变差，如图1.2所示。图1.2圆钢管桥墩震害表现为此，耗能减震技术越来越受到设计人员的青睐和关注[8]。低屈服点抗震结构用钢有屈服强度低、屈服应变孝强度稳定、变形能力强等优良的力学特点，能满足消能减震设计的要求[9-12]。低屈服点钢的抗震运用正是利用低屈服点钢良好的塑性变形能力，在地震作用过程中产生滞回变形以消耗输入结构的振动能量，有效衰减结构的地震反应。我国用于建筑抗震领域的低屈服点钢，现已开发出屈服强度为100MPa、160MPa、225MPa三种级别。这为我国开展低屈服点钢在建筑耗能减震领域的应用研究提供了必要的物质基础条件。随着对钢材研究的进一步开展，钢材的强度也进一步提升。高强度结构钢是指屈服强度大于460MPa的钢材，采用机械轧制生产的具有良好的韧性、延性和加工性能的建筑结构用钢[13]。高强钢结构兼具受力性能好、建筑使用可塑性高以及绿色环保节能等多方面优势，能进一步加强结构可靠性和安全性，提升建筑艺术造型表现、拥有更大的使用空间，同时由于钢材强度高的特点能节约钢材的使用量，降低不可再生资源的消耗量，符合可持续发展战略的实施。目前，我国已经在多个钢结构建筑工程中运用高强度结构钢，如深圳湾体育中心、央视总部大楼、国家体育馆鸟巢以及凤凰国际传媒中心等。但是，与高强度结构钢相关的规范和研究还不成熟，目前高强度结构钢在实际工程应用中沿用普通钢的设计条文和规范。高强度结构钢和普通强度结构钢除了有较高的屈服强度外，二者的力学性能和成分指标也不尽相同。因此，针对高强度结构钢
22图3.2材性试件加载设备图3.3材性试件拉伸过程通过材性试验可得试件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线，测得钢材的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率等力学性能参数，试件结果见表3.1。材性试件应力-应变关系曲线由万能试验机采集的荷载-位移关系曲线得到，钢材应力-应变曲线关系图如图3.4~图3.8所示。根据拉伸试验结果分析，8mm和14mm两种不同厚度的Q345钢本构关系一致，厚度对荷载-位移曲线影响较大，但对应力-应变曲线影响甚小，因此此处取两种不同厚度试验结果的均值给出Q345钢的应力-应变关系曲线。低屈服点钢Q100、低屈服点钢Q160无明显屈服台阶，应力-应变关系曲线饱满，延性性能良好。Q235钢、Q345钢、Q460钢有明显屈服台阶，抗拉强度较高，但延性性能较低屈服点钢差，且应力-应变关系曲线较为不饱满。抗拉强度随着钢材强度的提升而增大，断后伸长率随着钢材强度的提升而减校表3.1钢材材性试验结果试件编号钢板厚度d*/mm屈服强度fy*/Mpa抗拉强度fu*/Mpa断后伸长率A/%Q100-10-116.5134.5288.447.1Q100-10-216.6132.8283.145.4Q100-10-316.3136.1286.646.9均值16.47134.5286.046.5
【参考文献】：
期刊论文
[1]带肋方钢管高强混凝土柱轴压性能试验研究[J]. 刘洁,郭江涛,成玉佳. 钢结构. 2018(08)
[2]设置横隔板方钢管混凝土柱轴压性能有限元非线性分析[J]. 杨光,邓书辉,刘文洋,郑鑫,张兆强. 低温建筑技术. 2018(04)
[3]圆端形钢管混凝土柱轴压性能有限元分析[J]. 陈鹏. 混凝土与水泥制品. 2018(04)
[4]鞍钢抗震用低屈服点软钢的开发与生产[J]. 林田子,刘明,侯华兴,张涛,杨颖,张哲. 轧钢. 2017(04)
[5]圆钢管混凝土柱轴压性能试验研究[J]. 李斌,王柯程,李广,高春彦. 江西建材. 2017(14)
[6]圆钢管混凝土柱轴压柱有限元分析[J]. 李斌,王柯程,李广,高春彦. 江西建材. 2017(14)
[7]平面外往复荷载作用下竖向偏心圆形钢桥墩数值模拟分析[J]. 王占飞,张霞,张玉杰. 公路交通科技(应用技术版). 2016(06)
[8]水平往复荷载作用下部分填充混凝土圆形钢桥墩柱的力学性能[J]. 王占飞,隋伟宁,李帼昌,吴权,葛琳. 中国公路学报. 2015(01)
[9]循环荷载下低屈服点钢材LYP225的力学性能[J]. 石永久,王佼姣,王元清,潘鹏,牧野俊雄,齐雪. 东南大学学报(自然科学版). 2014(06)
[10]钢管高强混凝土柱轴压性能试验研究[J]. 柯晓军,陈宗平,应武挡,薛建阳. 建筑结构. 2014(16)
硕士论文
[1]钢筋混凝土桥墩弯剪抗震性能研究[D]. 张雅漫.西南交通大学 2018
[2]部分填充圆形截面钢管混凝土桥墩抗震性能研究[D]. 吴权.沈阳建筑大学 2012
[3]带肋圆管截面钢桥墩的力学性能研究[D]. 栗岳.上海交通大学 2012
[4]部分填充圆形钢管混凝土桥墩抗震性能研究[D]. 廖晶.沈阳建筑大学 2011
[5]部分内填混凝土箱形截面钢桥墩的力学性能研究[D]. 王跃东.上海交通大学 2011
本文编号：3609102
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
混凝土桥梁震害
3但是，在实际工程运用中，钢桥墩在地震作用下容易发生局部屈曲变形、角焊缝开裂破坏，导致钢桥墩的抗震性能变差，如图1.2所示。图1.2圆钢管桥墩震害表现为此，耗能减震技术越来越受到设计人员的青睐和关注[8]。低屈服点抗震结构用钢有屈服强度低、屈服应变孝强度稳定、变形能力强等优良的力学特点，能满足消能减震设计的要求[9-12]。低屈服点钢的抗震运用正是利用低屈服点钢良好的塑性变形能力，在地震作用过程中产生滞回变形以消耗输入结构的振动能量，有效衰减结构的地震反应。我国用于建筑抗震领域的低屈服点钢，现已开发出屈服强度为100MPa、160MPa、225MPa三种级别。这为我国开展低屈服点钢在建筑耗能减震领域的应用研究提供了必要的物质基础条件。随着对钢材研究的进一步开展，钢材的强度也进一步提升。高强度结构钢是指屈服强度大于460MPa的钢材，采用机械轧制生产的具有良好的韧性、延性和加工性能的建筑结构用钢[13]。高强钢结构兼具受力性能好、建筑使用可塑性高以及绿色环保节能等多方面优势，能进一步加强结构可靠性和安全性，提升建筑艺术造型表现、拥有更大的使用空间，同时由于钢材强度高的特点能节约钢材的使用量，降低不可再生资源的消耗量，符合可持续发展战略的实施。目前，我国已经在多个钢结构建筑工程中运用高强度结构钢，如深圳湾体育中心、央视总部大楼、国家体育馆鸟巢以及凤凰国际传媒中心等。但是，与高强度结构钢相关的规范和研究还不成熟，目前高强度结构钢在实际工程应用中沿用普通钢的设计条文和规范。高强度结构钢和普通强度结构钢除了有较高的屈服强度外，二者的力学性能和成分指标也不尽相同。因此，针对高强度结构钢
22图3.2材性试件加载设备图3.3材性试件拉伸过程通过材性试验可得试件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线，测得钢材的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率等力学性能参数，试件结果见表3.1。材性试件应力-应变关系曲线由万能试验机采集的荷载-位移关系曲线得到，钢材应力-应变曲线关系图如图3.4~图3.8所示。根据拉伸试验结果分析，8mm和14mm两种不同厚度的Q345钢本构关系一致，厚度对荷载-位移曲线影响较大，但对应力-应变曲线影响甚小，因此此处取两种不同厚度试验结果的均值给出Q345钢的应力-应变关系曲线。低屈服点钢Q100、低屈服点钢Q160无明显屈服台阶，应力-应变关系曲线饱满，延性性能良好。Q235钢、Q345钢、Q460钢有明显屈服台阶，抗拉强度较高，但延性性能较低屈服点钢差，且应力-应变关系曲线较为不饱满。抗拉强度随着钢材强度的提升而增大，断后伸长率随着钢材强度的提升而减校表3.1钢材材性试验结果试件编号钢板厚度d*/mm屈服强度fy*/Mpa抗拉强度fu*/Mpa断后伸长率A/%Q100-10-116.5134.5288.447.1Q100-10-216.6132.8283.145.4Q100-10-316.3136.1286.646.9均值16.47134.5286.046.5
【参考文献】：
期刊论文
[1]带肋方钢管高强混凝土柱轴压性能试验研究[J]. 刘洁,郭江涛,成玉佳. 钢结构. 2018(08)
[2]设置横隔板方钢管混凝土柱轴压性能有限元非线性分析[J]. 杨光,邓书辉,刘文洋,郑鑫,张兆强. 低温建筑技术. 2018(04)
[3]圆端形钢管混凝土柱轴压性能有限元分析[J]. 陈鹏. 混凝土与水泥制品. 2018(04)
[4]鞍钢抗震用低屈服点软钢的开发与生产[J]. 林田子,刘明,侯华兴,张涛,杨颖,张哲. 轧钢. 2017(04)
[5]圆钢管混凝土柱轴压性能试验研究[J]. 李斌,王柯程,李广,高春彦. 江西建材. 2017(14)
[6]圆钢管混凝土柱轴压柱有限元分析[J]. 李斌,王柯程,李广,高春彦. 江西建材. 2017(14)
[7]平面外往复荷载作用下竖向偏心圆形钢桥墩数值模拟分析[J]. 王占飞,张霞,张玉杰. 公路交通科技(应用技术版). 2016(06)
[8]水平往复荷载作用下部分填充混凝土圆形钢桥墩柱的力学性能[J]. 王占飞,隋伟宁,李帼昌,吴权,葛琳. 中国公路学报. 2015(01)
[9]循环荷载下低屈服点钢材LYP225的力学性能[J]. 石永久,王佼姣,王元清,潘鹏,牧野俊雄,齐雪. 东南大学学报(自然科学版). 2014(06)
[10]钢管高强混凝土柱轴压性能试验研究[J]. 柯晓军,陈宗平,应武挡,薛建阳. 建筑结构. 2014(16)
硕士论文
[1]钢筋混凝土桥墩弯剪抗震性能研究[D]. 张雅漫.西南交通大学 2018
[2]部分填充圆形截面钢管混凝土桥墩抗震性能研究[D]. 吴权.沈阳建筑大学 2012
[3]带肋圆管截面钢桥墩的力学性能研究[D]. 栗岳.上海交通大学 2012
[4]部分填充圆形钢管混凝土桥墩抗震性能研究[D]. 廖晶.沈阳建筑大学 2011
[5]部分内填混凝土箱形截面钢桥墩的力学性能研究[D]. 王跃东.上海交通大学 2011
本文编号：3609102
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