【摘 要】
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钢结构建筑在强震作用下会产生累积损伤从而引发超低周疲劳破坏,梁柱节点是疲劳破坏的高发区。由于钢结构的大量普及和快速发展,许多罕遇地震多发地带建立起了相当数量的钢结构建筑,因此针对钢结构建筑的安全性优化和破坏机理研究在这个时代变得尤为重要。大量研究表明,基于微观机理的断裂力学方法可适用于没有明显缺陷的大变形引起的梁柱节点超低周疲劳破坏预测,包括适用于单调荷载条件下的空穴增长模型（VGM）与应力修正临
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钢结构建筑在强震作用下会产生累积损伤从而引发超低周疲劳破坏,梁柱节点是疲劳破坏的高发区。由于钢结构的大量普及和快速发展,许多罕遇地震多发地带建立起了相当数量的钢结构建筑,因此针对钢结构建筑的安全性优化和破坏机理研究在这个时代变得尤为重要。大量研究表明,基于微观机理的断裂力学方法可适用于没有明显缺陷的大变形引起的梁柱节点超低周疲劳破坏预测,包括适用于单调荷载条件下的空穴增长模型（VGM）与应力修正临界应变模型（SMCS）以及适用于循环荷载条件下的循环空穴增长模型（CVGM）与退化有效塑性应变模型（DSPS）。本文结合现有微观断裂模型的优点,提出了一种适用于单调荷载条件下的微观断裂模型,并将其推广至疲劳领域,进行了相应的理论分析和试验研究,以期更好地预测钢结构的疲劳与断裂,主要有以下几个方面:（1）完成了Q345钢材单轴拉伸试验,提出了一种拉伸试验数据的修正方法和一种真实应力应变曲线的修正方法对试验数据进行处理。采用USDFLD用户子程序将微观断裂模型嵌入ABAQUS有限元模拟中,分析了VGM和SMCS模型在几种特定构造中的适用性。结果表明当拉伸构件存在多个断裂危险点时,VGM与SMCS的启裂点易出现在不同位置,此时建议以VGM预测位置为准。（2）提出了一种应变修正平均应力模型（SMMS模型）,结合了VGM和SMCS模型的优点。通过现有的平滑缺口圆棒拉伸试验校准了国产Q345B钢材的VGM、SMCS及SMMS模型的断裂韧性参数,分析比较了三种模型的特点及计算量大小,利用现有的Q345B梁柱节点局部焊接拉伸试验分析SMMS预测钢材延性启裂的有效性。研究表明SMMS模型可用于钢结构焊接节点的延性断裂预测中。（3）将SMMS模型拓展到超低周循环荷载下,提出了一种修正退化有效塑性应变模型（MDSPS模型）,该模型相比DSPS计算步骤较为简便,可用于循环荷载下钢框架梁柱节点的疲劳破坏预测分析。采用现有的光滑缺口圆棒循环加载试验对CVGM、DSPS模型以及MDSPS模型参数进行拟合,分别计算了以受压等效塑性应变累积量和等效塑性应变为损伤变量得到的损伤退化参数,分析了MDSPS模型用于梁柱节点断裂预测的有效性。（4）基于课题组已完成的6个钢框架梁柱节点的超低周疲劳试验,分析了梁柱节点的破坏形式和裂纹发展规律;建立梁柱节点有限元模型,将MDSPS模型用于预测梁柱节点的疲劳寿命,评估MDSPS模型预测梁柱节点超低周疲劳寿命的适用性。研究表明,MDSPS模型用于评估梁柱节点超低周疲劳性能具有良好的效果。
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