局部点蚀钢管柱的力学性能及应用研究

作     者：沙志平 

作者单位：安徽理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨明飞

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：钢结构 圆管构件 局部点蚀损伤 承载力 

摘      要：钢材存在耐腐蚀性差的缺点,在潮湿或遇水环境下极易发生腐蚀损伤。钢材在建筑材料中占比增大,钢结构在建筑结构中占比增加,钢材易腐蚀的缺点造成构件承载能力降低,从而影响结构的安全性。据不全完统计,每年因为钢材腐蚀造成的损失占国民经济的比重越来越大,对腐蚀后钢结构构件相关力性能的研究尤为重要。本文主要研究局部点蚀损伤对圆形钢管柱构件的力学性能影响,分析点蚀发生范围对构件极限承载能力的影响。将局部点蚀损伤构件应用到国外某井架工程实际,分析其在地震作用下的相关力学性能,具体结论如下:（1）利用ANSYS有限元软件建立数值模型,利用欧拉公式,从理论上验证了模型设计的合理性;建立局部损伤数值模型,利用改进规范公式,从理论上验证了损伤模型设计的合理性。（2）将损伤强度（DOP）和壁厚损伤度（α）作为点蚀量的控制参数,随着损伤强度（DOP）的增加,折减因子R降低,钢管构件承载能力逐渐减小,DOP较小时,折减因子R的下降趋势较平缓;壁厚损伤度（α）的增加,折减因子R降低,钢管构件承载能力减小,且α对折减因子R的下降趋势影响明显,当DOP=23.61%时,随着α的增加,折减因子R的降低趋势近似二次曲线。（3）将钢管构件沿纵向五等分,分别研究距柱脚L/5、L/5～2L/5、2L/5～3L/5（柱中）处范围内点蚀损伤对承载力的影响,研究发现局部点蚀范围的改变,对折减因子R的影响很明显。其中,柱脚处局部点蚀损伤构件承载因子R=0.973,对构件承载影响最小,柱中处的点蚀损伤构件承载因子R=0.730,对承载力影响最大。（4）选用失重率分别为0、5%、10%、15%、20%五种工况进行地震激励计算,并选取多遇地震（峰值加速度35gal）进行研究,随着失重率的增加,结构最大位移整体变化趋势增大,但当失重率达到20%时井架结构上最大层间位移仍然很小,未达到弹塑性变形限值,处于弹性变形状态。选取峰值加速度620gal的9度罕遇地震波,研究损伤井架的极限工况,得到失重率22%的损伤井架受地震激励作用,开始进入弹塑性变形阶段,最大层间位移为0.023m,超出规范限值。图[36]表[13]参[58]