【摘 要】
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钢结构因其高强轻质等优越性被广泛运用于各类建筑工程中。然而由于钢结构服役期间腐蚀会引起钢结构截面减小及表面形貌变化,从而引起构件宽厚比超限以及初始缺陷增大,这势必会影响钢结构的局部稳定性,从而威胁到钢结构的安全使用。因此有必要进行锈蚀后轴心受压H型钢短柱的局部稳定性研究。本文以中性盐雾加速腐蚀得到的Q345B热轧H型钢为对象,采用试验研究、数值模拟及理论分析相结合的方法,对5根(1根未锈、4根锈蚀
【基金项目】
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“十三五”国家重点研发计划项目(2016YFC0701305)
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钢结构因其高强轻质等优越性被广泛运用于各类建筑工程中。然而由于钢结构服役期间腐蚀会引起钢结构截面减小及表面形貌变化,从而引起构件宽厚比超限以及初始缺陷增大,这势必会影响钢结构的局部稳定性,从而威胁到钢结构的安全使用。因此有必要进行锈蚀后轴心受压H型钢短柱的局部稳定性研究。本文以中性盐雾加速腐蚀得到的Q345B热轧H型钢为对象,采用试验研究、数值模拟及理论分析相结合的方法,对5根(1根未锈、4根锈蚀)轴心受压H型钢短柱的局部稳定性进行研究,主要内容如下:(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、4、8个月的锈蚀H型钢柱;从钢柱上截取拉伸标准试件进行表面形貌特征的采集,利用锈蚀钢板的质量损失率以及锈蚀表面粗糙度参数,综合评定了钢板的锈蚀程度;以拉伸标准试件为研究对象,通过单调拉伸试验,得到不同锈蚀程度板材的应力应变关系,研究锈蚀程度对板材的破坏形态和力学性能指标(弹性模量、屈服强度、极限强度)的影响,建立了锈蚀钢材力学性能指标与锈蚀率的关系。(2)对不同锈蚀程度下H型钢短柱的初始缺陷进行测量,然后进行轴心受压加载试验,探讨不同锈蚀程度对钢柱承载性能的影响。研究了锈蚀钢柱破坏模式、荷载-位移(应变)曲线、承载性能指标与锈蚀程度的关系。研究发现锈蚀程度的增大会导致屈曲承载力和极限承载力的降低,且屈曲承载力下降速度更快。(3)建立锈蚀后轴心受压H型钢短柱的有限元模型,并利用试验数据验证模型的可靠性。通过利用已验证的模型进行参数化分析,研究锈蚀程度、锈蚀部位、锈蚀类型(均匀锈蚀、局部锈蚀及坑蚀)等因素对轴心受压H型钢短柱局部稳定性的影响。研究发现锈蚀特征的变化会导致钢柱屈曲破坏模式的改变。翼缘的锈蚀对钢柱极限承载力的影响要大于腹板锈蚀。(4)根据有限元参数分析的结果,并基于现有未锈蚀H型钢板件屈曲承载力的计算公式,提出了锈蚀试件翼缘和腹板的屈曲系数,提出了锈蚀后轴心受压H型钢短柱局部屈曲承载力的计算公式,其计算结果与试验结果拟合良好。
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