【摘 要】
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钢结构凭借自身诸多优点被广泛应用于实际工程之中,然而稳定问题和腐蚀问题制约了钢结构的使用和发展。与混凝土构件相比,钢结构构件截面一般较小,容易发生整体失稳;另一方面,为了充分发挥钢材的性能,板件被设计得薄而开展,使钢结构又面临着局部稳定问题。对于处于腐蚀环境的在役钢结构而言,腐蚀造成的截面减小或板件厚度损失势必进一步削弱构件的整体稳定或局部稳定承载性能,使构件发生局部-整体相关屈曲。因此,有必要开
【基金项目】
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“十三五”国家重点研发计划(2016YFC0701305);
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钢结构凭借自身诸多优点被广泛应用于实际工程之中,然而稳定问题和腐蚀问题制约了钢结构的使用和发展。与混凝土构件相比,钢结构构件截面一般较小,容易发生整体失稳;另一方面,为了充分发挥钢材的性能,板件被设计得薄而开展,使钢结构又面临着局部稳定问题。对于处于腐蚀环境的在役钢结构而言,腐蚀造成的截面减小或板件厚度损失势必进一步削弱构件的整体稳定或局部稳定承载性能,使构件发生局部-整体相关屈曲。因此,有必要开展锈蚀构件的局部-整体相关稳定承载性能研究。在本文中,采用试验研究与数值模拟相结合的方法,研究了锈蚀H型钢压弯构件的局部-整体相关稳定承载性能。主要内容如下:(1)对经人工加速腐蚀试验得到的锈蚀H型钢柱进行三维扫描,获取了锈蚀钢柱的表面数据。利用改进的分层切片法逐层提取了板件的剩余截面积,提出了锈蚀程度评价参数。(2)对1根未锈蚀及2根不同锈蚀程度的H型钢柱进行了偏心受压承载性能试验,明确了试验试件的失稳破坏模式,分析了锈蚀对H型钢压弯构件稳定性能的影响。结果表明:试验试件随着锈蚀程度加剧,破坏模式从整体失稳破坏到局部-整体相关失稳破坏或局部失稳破坏;锈蚀对板件的削弱引发了局部屈曲问题,最终导致试件延性降低;试验试件的极限承载力退化幅度随锈蚀程度增大而增大。(3)为准确模拟锈蚀构件的承载性能,考虑真实锈蚀形态的有限元模型在第四章中建立。有限元分析结果表明:考虑真实锈蚀形态的有限元模型在破坏模式、极限承载力等方面与试验吻合良好;应力云图显示锈蚀构件存在明显的应力集中现象;锈蚀沿构件长度方向分布不均匀时,破坏倾向于发生在锈蚀程度相对较大的区段,反之则倾向于跨中。(4)对腐蚀形貌进行简化,开展了在不同长细比、不同相对偏心率下关于锈蚀程度的参数化分析,计算结果显示:锈蚀程度相同时,锈蚀引起的极限承载力退化幅度大致相同;受压翼缘锈蚀程度对构件承载能力的影响程度最大,而腹板的锈蚀不能忽略;综合锈蚀率考虑了上述关系,可用于锈蚀程度及剩余承载性能评价;考虑了局部-整体相关作用的剩余承载力评价公式可以较为准确地估算构件承载力退化幅度。
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