锈蚀H型钢偏心受压短柱局部稳定性研究

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钢结构具有强度高、质量轻、材质均匀、制造简便,施工工期短等特点被广泛应用于建筑行业当中。然而,长期处于服役期的钢结构会发生较为严重的锈蚀,造成钢结构截面厚度损失,严重削弱钢结构的承载力。在影响安全性的同时,也将严重影响钢结构的耐久性。本文以中性盐雾环境中得到的Q345B热轧H型钢为研究对象,从材料和构件两个层面对锈蚀H型钢短柱在偏心荷载作用下的局部稳定性进行研究,运用试验研究、数值模拟和理论分析相结合的方法,研究不同锈蚀程度对H型钢短柱承载性能和破坏模式的影响。主要研究内容如下:(1)通过中性盐雾环境人工加速腐蚀试验得到了腐蚀时间为0,3,6,9,12,15个月的锈蚀H型钢柱,并从钢柱上截取标准试件进行锈蚀程度的评定和单调拉伸试验,分析锈蚀程度和部位对其材料力学性能的影响。研究钢材的破坏形态、应力-应变曲线和力学性能指标与锈蚀率的关系,建立锈蚀钢材力学性能指标(弹性模量、屈服强度、极限强度)与锈蚀率的关系。(2)通过对六根不同锈蚀龄期的H型钢短柱进行偏心受压加载试验,研究不同锈蚀程度对钢柱承载性能的影响。分析钢柱屈曲破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、承载性能与锈蚀程度的关系,揭示锈蚀H型钢短柱在偏心荷载作用下的稳定性退化规律。结果表明,随着锈蚀程度的增加,钢柱的屈曲承载力和极限承载力逐渐下降,试件可能由强度破坏转变成稳定性破坏,需引起重视。(3)运用有限元软件建立不同锈蚀程度的H型钢短柱有限元模型,并与试验结果进行对比,验证有限元模型的正确性。通过对已验证的模型进行参数化分析,研究不同锈蚀部位、锈蚀类型和不同偏心率等因素对偏心受压H型钢柱的承载性能和破坏模式的影响。结果表明,不同锈蚀部位、锈蚀类型和偏心率的钢柱破坏模式不尽相同,其承载性能退化的程度也有差异。(4)基于试验和有限元计算结果,分析不同锈蚀类型对锈蚀H型钢短柱稳定承载力的影响,并且建立锈蚀H型钢短柱在偏心荷载作用下的承载力理论公式,将结果与试验数据进行对比,验证公式的适用性。
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