钢结构钻孔止裂及相关技术研究

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钢结构在循环荷载作用下可能产生疲劳裂纹,疲劳裂纹通常源于构件应力集中部位,在循环荷载作用下会不断扩展直至结构断裂。对于带有贯穿型裂纹的钢板,钻孔止裂是一种很有效的临时修复措施,钻孔止裂是在裂纹尖端钻孔以消除应力集中,阻止裂纹的继续扩展。对普通止裂孔采用不同的处理措施如冷扩孔、冷扩孔并置入栓钉及施加孔边预压力可取得更好的止裂效果。 钻孔止裂及相关技术的止裂效果取决于疲劳裂纹在止裂孔边的再生寿命,本文采用基于有限元分析的局部应变-寿命法对疲劳裂纹萌生寿命进行预测,算例分析表明,疲劳裂纹萌生寿命的预测与文献疲劳试验结果基本一致,证明了基于有限元分析的局部应变-寿命法对钢构件疲劳裂纹萌生寿命预测的合理性和可行性。 止裂孔直径是钻孔止裂技术的重要参数,本文采用基于有限元分析的局部应变-寿命法对不同直径止裂孔的止裂效果进行了研究,确定了疲劳裂纹再生寿命与止裂孔直径和裂纹长度比值的关系。 为了明确钻孔止裂相关技术的止裂机理,本文采用有限单元法对冷扩孔、冷扩孔并置入栓钉及施加孔边预压力等处理措施进行数值模拟,对循环荷载下止裂孔孔边应力、应变状态的分析表明,冷扩孔减小了孔边应力集中部位的平均应力、冷扩孔并置入栓钉及施加孔边预压力降低了应力集中部位的应变幅,从而延长疲劳裂纹在止裂孔边的再生寿命,扩孔率、栓钉直径及预压力大小均会影响钻孔止裂相关技术的止裂效果。 最后本文对钢结构钻孔止裂及相关技术的止裂效果进行了比较,比较表明,相同条件下冷扩孔并置入栓钉技术的止裂效果最好。
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