局部随机点蚀下圆钢管力学性能试验与数值分析

作     者：程华瑞 

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：2021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：圆钢管 局部随机点蚀 力学性能 屈服承载力 弹性模量 

摘      要：钢结构因自身独有的优良特性被广泛应用于建筑、桥梁、矿山井架以及海洋工程等建设,但钢结构长期置于具有腐蚀介质的外界环境,容易造成点蚀,导致钢结构相关力学性能下降,进而影响整体结构的稳定,甚至对人员生命与财产造成威胁。对此,本文通过轴压试验与数值模拟分别对受到局部随机点蚀的圆钢管相关力学性能进行分析,并提出相关公式,对局部随机损伤的圆钢管剩余力学性能进行合理评估,可有效避免事故。文章主要研究结论如下:(1)对长细比分别为18.58、25.20和39.22三种圆钢管底部2L/5范围分别进行不同点蚀损伤程度处理,通过轴压试验得到相应的屈服承载力和弹性模量。结果表明了较小长细比时,随着点蚀加重,圆钢管的屈服承载能力和弹性模量以近似一次函数关系变化的趋势下降;而随着长细比的增加,局部点蚀对圆钢管屈服承载力和弹性模量的影响更加明显。(2)通过一种相贯线参数化建模方法建立了完善圆钢管和局部点蚀损伤圆钢管两类模型。并且通过轴压试验以及相关规范公式分别对完善圆钢管模型极限承载力进行了误差分析。其中试验结果与模拟相比最大误差为6.44%,而规范公式计算结果与模拟相比最大误差仅为4.95%。(3)通过ANSYS数值模拟分析局部随机点蚀对不同长细比圆钢管相关力学性能影响与试验规律基本相近。且当损伤参量DOP为5%、圆管长细比为39.22时圆管屈服承载力和弹性模量退化率均达到最低,分别为24.1%和21.2%。(4)通过应变采集和模拟均能发现,圆钢管在受压且未达到屈服时圆管在点蚀损伤范围内,环向相邻点坑间的应变普遍小于其纵向相邻点坑间应变。并且损伤圆钢管在达到失稳破坏前,应变在损伤范围内变化最显著,其次是构件中部。(5)通过模拟分析数据拟合出关于局部随机点蚀影响下不同长细比圆钢管的屈服承载力和弹模的折减拟合公式,拟合相关系数分别为0.993和0.997,拟合效果良好。并结合试验数据,进行了误差分析,其中通过折减拟合公式计算得到的屈服承载力和弹模与试验相比,最大误差分别为6.66%和4.70%。图[48]表[10]参[58]