含焊接細(xì)節(jié)的鋼結(jié)構(gòu)非線性響應(yīng)測(cè)試和響應(yīng)特征分析.pdf

1、結(jié)構(gòu)局部損傷和疲勞累積是許多結(jié)構(gòu)失效的主要原因，因此研究考慮局部焊接細(xì)節(jié)特性的結(jié)構(gòu)局部細(xì)節(jié)部位非線性響應(yīng)特征與損傷演化規(guī)律及其對(duì)結(jié)構(gòu)行為的影響，對(duì)于結(jié)構(gòu)安全評(píng)估和損傷識(shí)別有重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。 本文的主要內(nèi)容是從實(shí)驗(yàn)研究的角度探討含局部焊接細(xì)節(jié)的鋼桁架結(jié)構(gòu)局部非線性響應(yīng)特征與規(guī)律。以某大跨橋梁結(jié)構(gòu)中典型的縱向加勁桁架標(biāo)準(zhǔn)段的1：5縮尺模型試樣為具體研究的載體，應(yīng)用光彈貼片法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣焊接細(xì)節(jié)部位附近非線性響應(yīng)變場(chǎng)信息

2、的獲取，用應(yīng)變片和位移計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)整體數(shù)據(jù)信息的獲取。首先，通過(guò)簡(jiǎn)單構(gòu)件的預(yù)備性實(shí)驗(yàn)對(duì)基于光彈貼片法的局部非線性響應(yīng)變場(chǎng)測(cè)試方法的可行性進(jìn)行了探討；然后建立了含焊接細(xì)節(jié)的鋼桁架結(jié)構(gòu)試樣的殼單元有限元模型，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)加載工況的模擬分析并結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡囊笱芯苛擞糜诜蔷€性響應(yīng)測(cè)試的鋼桁架結(jié)構(gòu)試樣的實(shí)驗(yàn)方案；最后，通過(guò)在鋼桁架焊接細(xì)節(jié)部位預(yù)制不同類(lèi)型的缺陷（貫穿孔洞、裂縫）研究了位于結(jié)構(gòu)焊接細(xì)節(jié)部位的初始缺陷前沿的非線性響應(yīng)特征及其規(guī)律，以及

3、在結(jié)構(gòu)存在局部損傷的情況下，結(jié)構(gòu)整體上表現(xiàn)出來(lái)的力學(xué)行為特征。 實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果及其分析表明：1）在實(shí)驗(yàn)的加載工況下，鋼桁架結(jié)構(gòu)試樣整體以受彎為主要形式。具體到被測(cè)各桿件表現(xiàn)為：斜腹桿為主要承力構(gòu)件，其以軸向應(yīng)力為主；豎腹桿為名義應(yīng)變次之，其也以軸向應(yīng)力為主，上弦桿主要承受彎應(yīng)力。2）預(yù)制的初始局部缺陷的存在改變了結(jié)構(gòu)焊接細(xì)節(jié)部位的應(yīng)力分布狀態(tài)，預(yù)制的局部損傷對(duì)結(jié)構(gòu)局部性能的影響取決于預(yù)制損傷程度的大小、損傷類(lèi)型以及預(yù)制損傷的位置

4、。預(yù)制貫穿孔洞損傷的孔邊條紋的級(jí)數(shù)反映出預(yù)制損傷的位置沿結(jié)構(gòu)邊緣方向受拉應(yīng)力，孔邊最大殘余應(yīng)變的大小與預(yù)制孔洞的孔徑有關(guān)，孔徑越大，孔邊的最大殘余應(yīng)變?cè)叫?。由于預(yù)制貫穿孔洞位于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中部位，使此部位的應(yīng)力分布狀態(tài)兼受初始損傷以及結(jié)構(gòu)本身應(yīng)力集中的影響。預(yù)制裂紋的尖端塑性區(qū)在裂紋尖端兩側(cè)成非對(duì)稱(chēng)蝶形分布；裂紋尖端塑性區(qū)域隨著載荷的增大而不斷增大，裂紋尖端塑性區(qū)的縱向尺寸與作用于結(jié)構(gòu)的載荷成二次曲線的關(guān)系。3）結(jié)構(gòu)焊接細(xì)節(jié)部位損傷的存

5、在對(duì)于結(jié)構(gòu)整體行為的影響，主要從與預(yù)制損傷的節(jié)點(diǎn)板相連的三根弦桿的名義應(yīng)變的變化以及結(jié)構(gòu)的整體剛度的改變上反映出來(lái)，具體表現(xiàn)為：三根弦桿的名義應(yīng)變的大小隨損傷程度的加大而減小，此加載工況下鋼桁架結(jié)構(gòu)的主要承力構(gòu)件斜腹桿應(yīng)變響應(yīng)受初始損傷的影響最大，其次是豎腹桿，影響最小的是上弦桿；結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)部位損傷的存在導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體剛度降低，結(jié)構(gòu)整體剛度降低量隨結(jié)構(gòu)初始預(yù)制損傷程度D0的增大呈增大趨勢(shì)。 上述研究成果反映了結(jié)構(gòu)焊接細(xì)節(jié)缺陷附近的非