高强Q690钢焊接截面柱受火后残余应力及受力性能研究

发布时间：2023-12-27 18:13

　　钢材因强度高、自重轻、抗震性能好等优点广泛应用于建筑结构中,随着大跨度钢结构和超高层建筑的设计和修建,高强钢材逐渐得到使用。钢材不耐火的缺点使得火灾对于建筑钢结构的危害很大,局部火灾下建筑结构中的某些构件发生严重或轻微损坏,在进行修补和加固后仍可继续使用,预测火灾后构件的剩余承载力至关重要。火灾产生的高温不仅影响钢柱截面残余应力分布情况,还因材料力学性能的降低而影响火灾后的稳定承载力,本文对高强Q690钢焊接截面柱受火后残余应力及轴压稳定性能进行试验研究及有限元分析,提出设计方法和简化计算公式,主要完成了以下几方面工作:(1)采用切条法测量了6个高强Q690钢焊接H形、箱形截面试件在常温下和600℃、800℃后的截面残余应力大小与分布,并与普通Q235钢和高强Q460钢研究结果进行对比分析。基于试验数据和国内外关于残余应力的研究,提出了两种截面形式高温后的残余应力模型,以及残余应力降低系数。(2)使用ANSYS软件模拟试件焊接及受热过程,得到焊接残余应力和高温后残余应力有限元分析结果,再与试验结果进行对比验证;分析参数受火温度、恒温时间及蠕变变形对高温下及高温后残余应力分布及大小的影响...

【文章页数】：117 页

【学位级别】：硕士

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1 绪论
    1.1 课题背景和意义
    1.2 高强钢焊接截面柱残余应力研究
        1.2.1 残余应力测量技术的发展
        1.2.2 常温下高强钢残余应力研究
        1.2.3 高温下及高温后残余应力研究现状
    1.3 高强钢结构受火性能研究
        1.3.1 高强钢高温下及高温后力学性能研究
        1.3.2 钢柱受火后受力性能研究
    1.4 课题研究目标及内容
        1.4.1 研究目标
        1.4.2 研究内容
2 高强度Q690 钢焊接截面高温后残余应力试验
    2.1 材料力学性能
        2.1.1 常温力学性能
        2.1.2 高温后力学性能
    2.2 试验概况
        2.2.1 试件设计
        2.2.2 试验装置与试验方法
        2.2.3 试验过程
    2.3 试验结果
        2.3.1 温度测量结果
        2.3.2 残余应力修正值
        2.3.3 残余应力结果
    2.4 与普通Q235 钢、高强Q460 钢截面残余应力的对比
    2.5 高温后残余应力分布模型
        2.5.1 Q690 钢焊接截面常温下残余应力分布模型
        2.5.2 Q690 钢焊接截面高温后残余应力分布模型
        2.5.3 模型与试验结果对比
    2.6 本章小结
3 高强Q690 钢柱受火后受力性能试验
    3.1 试验概况
        3.1.1 试件设计
        3.1.2 试验装置与试验方法
        3.1.3 试件初始缺陷测量
        3.1.4 试验过程
    3.2 试验结果及分析
        3.2.1 试验现象
        3.2.2 温度测量结果
        3.2.3 荷载-挠度曲线
        3.2.4 荷载-轴向位移曲线
        3.2.5 荷载-应变曲线
        3.2.6 荷载-转角曲线
        3.2.7 试验结果与规范对比
    3.3 本章小结
4 高强Q690 钢焊接截面受火后残余应力有限元分析
    4.1 有限元分析理论
        4.1.1 焊接分析理论
        4.1.2 受热分析理论
    4.2 材料属性参数
        4.2.1 物理参数
        4.2.2 力学参数
    4.3 焊接分析
        4.3.1 单元类型和网格划分
        4.3.2 温度场分析
        4.3.3 焊接应力场分析
    4.4 受热分析
    4.5 有限元分析结果
        4.5.1 H形截面
        4.5.2 箱形截面
    4.6 参数分析
        4.6.1 受火温度
        4.6.2 恒温时间
        4.6.3 蠕变
    4.7 高温下及高温后残余应力降低系数
        4.7.1 高强Q690 钢截面残余应力降低系数
        4.7.2 残余应力降低系数计算公式
    4.8 本章小结
5 高强Q690 钢柱受火后受力性能有限元分析
    5.1 屈曲分析理论
        5.1.1 弹性屈曲
        5.1.2 弹塑性屈曲
    5.2 有限元模型
        5.2.1 本构关系
        5.2.2 单元类型和网格划分
        5.2.3 边界条件
        5.2.4 初始条件
        5.2.5 分析步骤
        5.2.6 模型验证
    5.3 参数分析
        5.3.1 受火温度
        5.3.2 冷却方式
        5.3.3 长细比
        5.3.4 残余应力
    5.4 与普通Q235 钢柱和高强Q460 钢柱的对比
    5.5 本章小结
6 高强Q690 钢柱火灾后剩余承载力简化计算方法
    6.1 钢柱高温下轴心受压承载力计算方法
    6.2 高强Q690 钢柱火灾后剩余承载力简化计算方法
    6.3 算例
    6.4 本章小结
7 研究结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
附录
    A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
    B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目
    C 作者在攻读硕士学位期间参加的学术会议
    D 学位论文数据集
致谢



本文编号：3875649