低屈服点钢设计指标及材料性能研究

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低屈服点钢因其较低的屈服强度值、高强屈比及良好的延性等优点,已经作为耗能构件逐步在建筑结构抗震设计中得到应用。低屈服点钢作为一种新型钢材,已有研究结果显示低屈服点钢力学性能与其他结构用钢存在较大差异。目前,国产低屈服点钢的生产尚处于起步阶段,关于其力学性能等相关研究比较缺乏。因此,对于国产低屈服点钢的力学性能有必要进行全面的研究。本文以《低屈服点钢应用技术规程》的编制为背景,通过工厂调研对国产低屈服点钢的材料力学性能进行了分析研究,并通过一系列试验对国产低屈服点钢在循环荷载作用下的本构模型和高应变低周疲劳特性进行了研究,主要的工作内容如下:  (1)对鞍钢生产的不同厚度的低屈服点钢板(LY100、LY160和LY225)进行了调研,内容包括屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、冲击功等材料力学性能,共收集到426组有效数据。对各个材料性能参数进行了分析统计,并对低屈服点钢力学性能厚度效应进行了研究。同时考虑了试验机加载速率和柔度的影响,计算得到了国产低屈服点钢的材料性能不定性统计参数。  (2)确定了低屈服点钢的几何模式不定性及计算模式不定性统计参数,基于上述研究成果计算得到了防屈曲支撑中低屈服点钢的抗力不定性。同时考虑了荷载不定性,并确定了低屈服点钢的控制荷载组合,利用Matlab编程,通过一次二阶矩验算点法,计算得到了防屈曲支撑中低屈服点钢的抗力分项系数。  (3)对国产低屈服点钢进行了一系列单调和循环加载试验,对低屈服点钢的单调性能、滞回性能、延性等特性进行了全面研究。并基于Chaboche模型和HuFX模型,标定了适用于低屈服点钢的循环本构模型参数,同时进一步对提出的两种本构模型的准确性进行了验证和对比。  (4)对国产低屈服点钢进行了高应变低周疲劳试验,研究了其应力循环响应特征,对其循环应力应变曲线进行了拟合,并基于Manson-Coffin模型和Kuroda模型,提出了两个有效的针对国产低屈服点钢低周疲劳寿命预测模型。
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