随机锈蚀焊接空心球节点承载力退化规律及概率分布模型研究

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焊接空心球节点(WHSJs)是网壳结构中最常用的节点之一,WHSJs在使用过程中不可避免的会出现锈蚀现象,这会大大降低结构的承载力,严重威胁结构的安全,点蚀是钢结构的典型锈蚀类型。锈蚀是随机发生的,包括随机位置和随机尺寸,随机尺寸由随机蚀坑直径和随机锈蚀深度表示,钢结构的锈蚀问题一直是一个多重随机问题,在随机锈蚀条件下,轴力的出现会影响WHSJs的抗弯承载力的概率分布模型。本文建立具有多重随机点蚀的WHSJs承载力概率分布模型、特定锈蚀和几何参数的承载力概率分布模型,以及受轴力影响的抗弯承载力概率分布模型,为带有随机点蚀WHSJs整体结构复杂应力状态的随机分析提供了依据,具体研究内容如下:(1)揭示了不同部位的锈蚀对WHSJs抗压承载力的影响。系统研究了锈蚀部位对抗压承载力的影响,验证了有限元模型的准确性,分析了锈蚀和几何参数对随机抗压承载力分布的影响,在此基础上,提出了抗压承载力预测的解析方法。(2)通过采用非线性数值分析方法,研究了不同参数对WHSJs抗弯承载力的影响。建立了具有随机点蚀的WHSJs的数值模型,研究了锈蚀WHSJs的力学行为;结果表明,具有随机锈蚀坑的WHSJs的抗弯承载力呈正态分布;提出了锈蚀WHSJs的概率分布模型;根据抗弯承载力的上下界公式,可以推导出失效概率。(3)通过建立随机点蚀下WHSJs抗压承载力的概率分布模型。建立概率分布模型与特定锈蚀量(含锈蚀深度Tc、蚀坑直径Dc和蚀坑数量n)和几何参数(包括厚度T和球体的直径D),首先分析了锈蚀量和几何参数对随机抗压承载力的影响;在此基础上,建立了随机点蚀条件下WHSJs抗压承载力的概率分布模型;在已知Dc、Tc/T和n的情况下,本文所给出的解析方法对抗压承载力的概率分布模型具有较高的预测精度。(4)研究了锈蚀坑的位置和大小这些参数对WHSJs的质量损失率和抗压承载力、抗弯承载力的影响。建立具有多重随机点蚀的WHSJs抗压承载力、抗弯承载力的概率分布模型,建立特定锈蚀和几何参数的概率分布模型;为在实际情况下WHSJs概率模型的确定提供了一种方法,为带有随机点蚀WHSJs连接的整体结构的随机分析提供了依据;给出了在实际条件下确定WHSJs的概率模型的方法;该法可作为由随机锈蚀的WHSJs连接的整体结的构随机分析基础。(6)研究了轴压、轴拉对WHSJs抗弯承载力概率分布模型的影响。研究了轴压、轴拉对抗弯承载力的影响,建立了考虑轴压、轴拉影响的抗弯承载力概率分布模型;验证了该方法的有效性,对复杂应力状态下WHSJs抗弯承载力的概率分布模型具有较高的预测精度。该论文有图136幅,表16个,参考文献171篇。
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