随机点蚀对槽钢柱力学性能影响分析

作     者：董悦奇 

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：2022年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：槽钢 随机点蚀 钢结构 有限元分析 屈服承载力 

摘      要：钢结构相比于传统建筑材料具有很多优势,如结构本身自重轻、承载能力强、抗震性能较好和建材可回收利用等优点。然而,钢结构具有很多优势的同时也存在一些缺陷,如钢材长期处于自然环境下会发生腐蚀等。钢结构发生腐蚀后,整体结构安全性等性能降低,建筑内人员生命与财产安全遭受较大风险。本文主要通过试验与数值分析方法研究了槽钢构件发生随机点蚀后的力学性能变化,并将损伤构件引入整体结构中,分析了结构损伤后整体性能的改变情况,主要研究内容与结论如下:(1)将无损工况和三组随机点蚀区域不同的损伤工况,共计16个槽钢构件进行轴压试验,通过试验数据分析发现:三组点蚀区域不同的损伤试件均随着点蚀损伤强度(DOP)的增加,屈服承载力退化率(Ψ)和极限承载力退化率(η)不断升高;点蚀区域为腹板时,Ψ和η均虽较小,但随着损伤程度加深增速较快,增长幅度大,当DOP为11.69%,工况F-93Ψ值达到33.04%;点蚀区域为翼缘时,Ψ和η均相对较大,但随着DOP增加,增速相对较慢;总体上,单侧翼缘点蚀组5个工况Ψ和η均较高于同等DOP下另外两组。(2)利用有限元软件建立与试验构件相对应的槽钢构件数值模型,分析结果显示:模拟所得数据与试验数据差别不大,其中最大误差发生在MF-56工况为3.03%,最小误差发生在MF-74工况仅仅为-0.46%,数值模型较为合理。(3)基于槽钢构件数值模型,通过大量模型工况进一步分析了点蚀坑半径、深度和数量三种随机点蚀因素分别对构件翼缘处与腹板处损伤导致的屈服承载力的变化情况。分析发现:点蚀区域位于腹板处时,Ψ值对三种随机点蚀因素的关系均为正相关,且与点蚀坑半径和深度相关性较强;点蚀程度较低时,Ψ值变化不大,但三种点蚀因素均增强后,Ψ值增幅显著。点蚀区域位于翼缘处时,Ψ值与点蚀深度相关性最强;即便点蚀程度较低时,Ψ值也会达到10%左右。(4)将点蚀损伤构件引入钢吊盘结构中,分析显示:随着损伤程度的加深,损伤构件本身应力、位移明显增加;传导至整体结构后,结构应力、位移也缓慢增加,增加到一定数值时,最大应力与最大位移位置均发生改变。图[54]表[22]参[61]