考虑腐蚀的高强钢循环力学性能及节点滞回性能研究

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高强钢作为一种轻质高强的建筑材料,具有比常规钢材更优异的力学性能,在建筑结构中运用高强钢可以降低造价,节约建筑成本。然而目前国产高强钢在我国的应用范围比较有限,针对高强度钢材的设计指标也不够完善。本文通过试验研究与有限元模拟相结合的方式,系统研究了国产Q620、Q690、Q960高强钢、超高强钢母材及对接焊缝的单调力学性能、循环力学性能、耐腐蚀性能及梁柱连接节点的滞回性能。本文的主要工作及结论如下:(1)完成了24个高强钢母材及对接焊缝试件的单调拉伸试验及28个试件的循环加载试验,获得了材料的单调及循环应力-应变曲线,提取了高强钢母材及对接焊缝的单调力学性能指标,绘制了其循环骨架曲线,计算了其循环耗能系数。结果表明:本文高强钢无屈服平台,存在明显的循环软化现象,具有良好的耗能能力。(2)完成了28个高强钢母材及对接焊缝试件的盐雾腐蚀试验及腐蚀后的循环加载试验,分析了高强钢在不同腐蚀程度下的腐蚀现象,获得了高强钢腐蚀后的应力-应变滞回曲线,绘制了其腐蚀后的循环骨架曲线,计算了其腐蚀后的循环耗能系数。结果表明:高强钢在腐蚀后承载力、延性下降,耗能系数值变化不大。(3)用Chaboche混合强化模型对高强钢腐蚀前后试件的循环本构参数进行了标定,在原标定结果基础上依据实际滞回曲线特征对标定参数进行了相关修正,得到了与试验结果吻合的循环本构参数,并利用有限元分析软件ABAQUS对高强钢腐蚀前后试件的循环力学行为进行了有限元模拟。通过将有限元模拟结果和试验结果进行对比,验证了参数标定结果及试件有限元模型的准确性。(4)对典型的锥形削弱的高强钢梁柱连接节点进行了滞回试验,利用有限元软件ABAQUS对该梁柱连接节点进行了精细化建模,并根据先前对母材和对接焊缝区域的材性参数标定结果,把母材和焊缝分区域赋予材性,进行了有限元模拟。通过将有限元模拟结果和试验结果进行对比,验证了节点有限元模型的有效性。(5)在有限元软件ABAQUS中代入腐蚀后材性试件的参数标定结果,对高强钢梁柱节点模型进行了参数化分析,模拟高强钢梁柱节点构件在不同腐蚀程度下的循环力学行为。通过计算不同腐蚀程度下节点的延性系数、承载力、刚度、滞回能等力学性能指标,评估了腐蚀后节点的滞回性能。
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