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粘钢加固偏压H型钢长柱承载力试验研究与数值模拟

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粘钢加固偏压H型钢长柱承载力试验研究与数值模拟

作者：李堰江河北建筑工程学院

学位级别：硕士

钢结构的力学性能优异,是一种绿色环保的建筑体系,目前在民用建筑和工业建筑中已经成为发展的主流与趋势。在钢结构建筑中,H型钢长柱使用很广泛,并且大多数都处于偏心受压作用下,长柱在实际服役过程中,更易在承受压力荷载时产生二阶弯... 详细信息

钢结构的力学性能优异,是一种绿色环保的建筑体系,目前在民用建筑和工业建筑中已经成为发展的主流与趋势。在钢结构建筑中,H型钢长柱使用很广泛,并且大多数都处于偏心受压作用下,长柱在实际服役过程中,更易在承受压力荷载时产生二阶弯矩效应,使得本身承载能力进一步降低,降低安全性能,发生破坏,造成损失,故需要对其进行加固提升其承载力,粘贴钢板加固法是一种高效快捷的加固钢结构方法,而目前还没有对长柱进行粘钢加固的试验研究与数值模拟。鉴于此,本研究主要做了以下工作:为了研究粘钢法对加固H型钢长柱承载力的影响,制作了3根未粘贴钢板加固H型钢长柱和6根在翼缘纵向通长粘贴钢板加固的H型钢长柱,对其进行压弯试验。加固前后钢柱长细比均大于30,选取粘贴钢板的厚度和施加荷载的偏心距为变量,在钢柱端部焊接开槽加载端板,配合圆柱铰支座实现平面内弯曲破坏,通过对试验测得的钢柱极限承载力、柱中腹板应变、柱中翼缘应变、柱中侧向位移及试验现象进行分析,并且将用规范公式计算得到的极限稳定承载力与试验值相比较,结果表明:与未加固柱相比,经过加固后的H型钢长柱面外稳定性得到了有效的提升,未经加固的H型钢长柱稳定性较差,在荷载下降段时发生空间弯扭破坏,经过加固的H型钢长柱试件稳定承载力提升显著,胶层在达到极限承载力之前粘接牢固,在荷载下降段时胶层发生剥离,试件发生平面内整体弯曲失稳破坏,并且在其他条件相同情况下,加固试件的偏心距越小,承载力越高,粘贴钢板厚度越大,承载力提升幅度越大;将按照规范计算求得的钢柱理论极限承载力与试验值相比,试验值比计算值要高。最后使用ABAQUS软件对9根H型钢长柱试件进行有限元分析,按照试验尺寸进行建模,经过模拟得到了H型钢长柱的极限承载力、极限承载力状态时的纵向应力、应变云图及柱中侧向位移等数据。有限元分析表明H型钢长柱的极限承载力与试验值较为吻合,应力、应变、侧向位移的最大值位于柱中位置,这与试验破坏现象相一致,验证了模拟的准确性。

关键词：粘钢加固偏压 H型钢长柱极限承载力

FRP-高性能混凝土-钢双壁空心柱偏压力学性能研究

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FRP-高性能混凝土-钢双壁空心柱偏压力学性能研究

作者：郭远泽华南理工大学

学位级别：硕士

FRP-高性能混凝土-钢双壁空心柱(Hybrid Double-Skin Tubular Columns,简称DSTC)由FRP(纤维增强复合材料,英文全称Fiber-Reinforced Polymer)外管、钢内管以及填充在两管之间的超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称UHPC)或纤维增强水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)组成,继承了使用普通混凝土(Normal Strength Concrete,简称NSC)的传统FRP-混凝土-钢DSTC延性高、耐腐蚀、易施工和自重轻的优点。在DSTC中使用拥有超高强度和高韧性的UHPC可进一步提升结构承载力,而使用在拉伸荷载作用下具有弱应变硬化和多裂缝开裂特性的ECC旨在改善DSTC的开裂性能以及提升构件的延性。目前对DSTC的研究主要集中在其承载能力极限状态下的轴压力学性能,而对其偏压力学性能以及正常使用极限状态力学性能的研究较少。本文进行了12个FRP-混凝土-钢双壁空心柱(DSTC-NSC/ECC/UHPC)的偏压力学性能试验,并记录了FRP管在试验过程中的开裂现象。试验结果表明:DSTC-NSC和DSTC-ECC试件在偏心受压作用下表现出较好的延性,其荷载-变形曲线和荷载-应变曲线呈双线型;DSTC-ECC/NSC试件FRP管受拉侧的首次开裂应变大于DSTC-UHPC试件,这意味着DSTC-ECC/NSC可能在正常使用状态下具有更好的耐久性能;FRP管首次开裂应作为判断DSTC达到正常使用极限状态的重要标志。本文还将外包混凝土层的钢管柱(Concrete-Encased Steel Tubular Column,简称CEST)作为DSTC的对照组进行试验,共对10个CEST试件进行了偏压试验。由于CEST缺少约束混凝土的FRP管,其力学性能相比于DSTC明显下降;外包混凝土层在荷载峰值后由于缺乏延性很快退出受力,虽然之后钢管能保持一定的承载力,但是这种情况下可认为构件已失效。本文基于偏心适用(Eccentricity-Dependent,简称EccD)的FRP约束混凝土应力-应变模型和DSTC轴压本构关系,对现有FRP约束ECC和UHPC的本构关系进行了修正,使其适用于DSTC。理论预测结果表明,DSTC-ECC的荷载-轴向应变曲线和荷载-侧向挠度曲线的预测结果与试验较为吻合,而由于DSTC-UHPC试件存在荷载突然下降的脆性行为,理论分析结果高估了该类试件的荷载峰值轴向应变和承载力。另一方面,使用Ecc D模型修正的DSTC模型对DSTC-NSC试验结果的预测较为准确。

关键词： FRP-混凝土-钢双壁空心柱(DSTC) 偏压 UHPC ECC 应力-应变关系

偏压对高速钢表面AlTiN涂层结构与性能的影响

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中国有色金属学报 2016年第12期26卷 2564-2572页

作者：牛瑞丽李金龙刘栓王永欣史文陈建敏中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室宁波315201 上海大学材料科学与工程学院上海200012

为了改善高速钢上AlTiN涂层的组织和力学性能,研究不同偏压下制备的多弧离子镀AlTiN薄膜对高速钢表面的力学性能、切削液环境下的摩擦学行为、弱碱环境下的电化学腐蚀性能的影响。采用SEM和XRD研究不同偏压下薄膜的表面及截面形貌和相... 详细信息

为了改善高速钢上AlTiN涂层的组织和力学性能,研究不同偏压下制备的多弧离子镀AlTiN薄膜对高速钢表面的力学性能、切削液环境下的摩擦学行为、弱碱环境下的电化学腐蚀性能的影响。采用SEM和XRD研究不同偏压下薄膜的表面及截面形貌和相组成变化,采用纳米压痕仪测试AlTiN涂层硬度,利用往复式摩擦试验机研究干摩擦和切削液两种摩擦环境下的涂层的摩擦学性能。采用电化学工作站测试系统对比研究涂层的耐蚀性能。结果表明:涂层的硬度和耐磨性随着偏压的增加而明显增大;当偏压为80 V时,AlTiN涂层结构致密,在干摩擦及切削液环境下都具有较好摩擦学性能;当偏压为20 V时,AlTiN涂层在弱碱环境下具有良好的耐腐蚀性能。

关键词： AlTiN涂层偏压摩擦性能耐腐蚀性能

偏压对CrTiAlN镀层组织形貌及磨损性能的影响

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材料热处理学报 2006年第5期27卷 100-103页

作者：白力静张国君蒋百灵西安交通大学材料学院陕西西安710049 西安理工大学材料学院陕西西安710048

利用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术制备了耐磨CrTiAlN镀层,分析了溅射偏压对该镀层的形貌、相结构以及磨损性能的影响。研究表明:偏压对镀层的形貌、相结构以及与摩擦学性能有关的摩擦系数、硬度、结合力以及磨损率等参数都有影响。... 详细信息

利用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术制备了耐磨CrTiAlN镀层,分析了溅射偏压对该镀层的形貌、相结构以及磨损性能的影响。研究表明:偏压对镀层的形貌、相结构以及与摩擦学性能有关的摩擦系数、硬度、结合力以及磨损率等参数都有影响。在制备CrTiAlN镀层的过程中,当偏压为-75V时镀层的耐磨损性最好,当偏压在-65V--85V变化时,镀层形貌的变化对镀层的磨损性能无明显影响,CrTiAlN镀层相结构的变化是影响磨损性能的主要原因。

关键词：偏压 CrTiAlN镀层形貌相磨损性能

偏压对镁合金表面磁控溅射CrAlTiN膜层的影响

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金属热处理 2005年第C期30卷 211-214页

作者：陈迪春蒋百灵西安理工大学材料科学与工程学院陕西西安710048

使用闭合场非平衡磁控溅射离子镀体系于镁合金表面制备了CrAlTiN膜层，检测了膜层厚度和硬度，在扫描电子显微镜（SEM）下观察了膜层的表面形貌和截面形貌，使用了X衍射仪分析了膜层的相组成。结果表明：薄膜组织为纤维状柱状晶组织，... 详细信息

使用闭合场非平衡磁控溅射离子镀体系于镁合金表面制备了CrAlTiN膜层，检测了膜层厚度和硬度，在扫描电子显微镜（SEM）下观察了膜层的表面形貌和截面形貌，使用了X衍射仪分析了膜层的相组成。结果表明：薄膜组织为纤维状柱状晶组织，随着偏压增大，膜层表面致密性增强，颗粒头部平滑，颗粒间孔洞减少；CrAlTiN薄膜具有与CrN相同的晶体结构，在偏压为40V时出现了（111）晶面的择优取向，在60V时出现了（220）晶面的择优取向。

关键词：镁合金磁控溅射偏压薄膜

长期荷载和腐蚀共同作用下钢管混凝土偏压性能实验研究

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长期荷载和腐蚀共同作用下钢管混凝土偏压性能实验研究

作者：葛育成华东交通大学

学位级别：硕士

钢管混凝土柱结构具有优越的力学性能在建筑中应用广泛。实际工程中,在建筑使用年限内,钢管混凝土常处于偏心受力状态,长期荷载会加剧构件变形,因此研究长期荷载对钢管混凝土构件偏压力学性能的影响具有工程意义;同时,随着环境问题的加... 详细信息

钢管混凝土柱结构具有优越的力学性能在建筑中应用广泛。实际工程中,在建筑使用年限内,钢管混凝土常处于偏心受力状态,长期荷载会加剧构件变形,因此研究长期荷载对钢管混凝土构件偏压力学性能的影响具有工程意义;同时,随着环境问题的加剧,我国多省市成为酸雨多发区,而酸雨对钢管混凝土外层钢材具有腐蚀作用,削弱钢管的物理性能,降低构件的承载能力,对构件的影响不容忽视。本文针对长期荷载、酸雨腐蚀作用对钢管混凝土柱的偏压力学性能进行研究。本文运用实验与数值模拟相结合,研究讨论了徐变、腐蚀对钢管混凝土构件力学性能的影响。试验包括钢管混凝土偏压徐变实验、钢管混凝土电腐蚀实验、钢管混凝土偏压破坏实验。整理实验结果,结合数值模拟,具体研究分析过程如下:（1）研究长期偏心荷载对钢管混凝土变形的影响,实验对12根钢管混凝土施加长期的偏心荷载,1根构件施加长期轴心荷载作为对比试件,实验结果表明:构件挠度与应变随持荷时间的增加而增大,且加载前期构件变形较快,后期逐渐趋于平稳。（2）研究酸雨溶液对钢材腐蚀的影响,分为局部腐蚀、全腐蚀、无腐蚀三种方式,结合腐蚀时间的不同,测量腐蚀深度验证法拉第电解定律。实验结果:实测钢管腐蚀厚度与电解定律计算结果较为吻合,用其预测钢管混凝土的腐蚀速率具有一定准确性。（3）对徐变、腐蚀后的钢管混凝土构件进行偏压破坏,结合荷载-位移曲线荷、载-应变曲线、挠度、破坏情况,分析长期荷载、腐蚀对钢管混凝土力学性能的影响。对比发现:长期荷载和腐蚀作用都会降低构件的初始刚度,使构件达到极限承载力时的挠度与应变增大;对比长期荷载和局部腐蚀,全腐蚀对构件的影响较大。（4）长期荷载会增大钢管混凝土长柱的初始挠度,而腐蚀作用会降低钢管对核心混凝土的约束,二者都会降低构件的偏压承载力,计算各批次钢管混凝土徐变及腐蚀后的承载力折减系数,发现折减系数与长期荷载持荷时长与腐蚀率具有相关性。（5）建立了ABAQUS有限元计算模型,与实验结果对比,验证了模型具有一定准确性。进一步进行参数分析,拟合出钢管混凝土偏压承载力的简化计算公式,与最总偏压破坏的极限承载力相比较,发现计算结果与实验结果相吻合。

关键词：钢管混凝土长期荷载腐蚀偏压有限元

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偏压荷载下钢管混凝土柱的抗扭性能试验研究

土木工程学报 2017年第7期50卷 50-61页

作者：王宇航郭一帆刘界鹏周绪红重庆大学重庆400045

自重和水平地震作用将对曲线梁桥中墩梁固结的墩柱和拱桥钢管混凝土结构的主拱产生偏压和扭转复合效应。为研究钢管混凝土柱在偏压荷载作用下的抗扭性能,完成了8个不同截面形状钢管混凝土柱试件单调纯扭加载、往复纯扭加载和偏压-往复... 详细信息

自重和水平地震作用将对曲线梁桥中墩梁固结的墩柱和拱桥钢管混凝土结构的主拱产生偏压和扭转复合效应。为研究钢管混凝土柱在偏压荷载作用下的抗扭性能,完成了8个不同截面形状钢管混凝土柱试件单调纯扭加载、往复纯扭加载和偏压-往复扭转加载拟静力试验。试验结果表明:钢管混凝土柱在往复扭转作用下的滞回曲线较为饱满,没有"捏拢"现象产生,试件的强度和刚度的损伤退化程度较低,具有较好的耗能能力。矮柱试件破坏现象较高柱试件更为明显,矮柱试件的屈服转角小于高柱,屈服扭矩与高柱相差不大,极限承载力大于高柱,极限转角小于高柱,耗能能力比高柱更好。偏压-往复扭转荷载作用下的方形截面试件刚度退化较为明显,偏压作用导致方钢管混凝土柱试件耗能能力降低。极限状态下,偏压作用改变了钢管的褶皱角度。

关键词：钢管混凝土柱纯扭偏压复合受力拟静力

偏压对ECR-微波等离子增强沉积ZrN薄膜的结构及性能的影响

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核技术 2005年第6期28卷 424-429页

作者：刘天伟董闯邓新禄陈曦大连理工大学三束国家重点实验室大连116024 中国工程物理研究院绵阳621900 江苏大学微纳米中心镇江212013

利用ECR-微波等离子溅射沉积技术加不同偏压在45#钢基体上制备了ZrN薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对薄膜的微观组织结构进行了分析。结果表明,无偏压时薄膜为非晶膜,随着偏压的升高,薄膜呈ZrN晶体结构。利用扫描电镜... 详细信息

利用ECR-微波等离子溅射沉积技术加不同偏压在45#钢基体上制备了ZrN薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对薄膜的微观组织结构进行了分析。结果表明,无偏压时薄膜为非晶膜,随着偏压的升高,薄膜呈ZrN晶体结构。利用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)测试了薄膜表面形貌。薄膜表面平整,但仍存在局部缺陷;粗糙度(RMS)在0.311—0.811nm之间变化,轮廓算术平均值(Ra)在0.239—0.629nm之间变化。同时利用电化学极化实验在0.5mol/LNaCl溶液中测试了基体及薄膜的耐蚀性能,基体自腐蚀电位Ecorr为–512.3mV,样品Ecorr在–400.3—–482.6mV之间变化,45#钢基体自腐蚀电流Icorr为9.036μA,样品Icorr在0.142—0.694μA之间变化。并讨论了偏压对薄膜的微观组织和耐蚀性能产生影响的原因。

关键词：等离子体增强沉积非平衡磁控溅射 ZrN薄膜偏压

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有偏压的光伏光折变晶体中的空间孤子

物理学报 1999年第11期48卷 2072-2075页

作者：卢克清唐天同西安交通大学电子与信息工程学院西安710049

证明了有偏压的光伏光折变晶体中存在着明、暗稳态的空间孤子．它源于对外电场的非均匀空间屏蔽和光伏效应．与已报道的稳态光折变空间孤子相比，它具有不同的特性．当外电场为某一特定值时，用改变外电场的极性和旋转光的偏振方向可以... 详细信息

证明了有偏压的光伏光折变晶体中存在着明、暗稳态的空间孤子．它源于对外电场的非均匀空间屏蔽和光伏效应．与已报道的稳态光折变空间孤子相比，它具有不同的特性．当外电场为某一特定值时，用改变外电场的极性和旋转光的偏振方向可以实现明孤子与暗孤子的相互转换．当外电场足够强可以忽略光伏效应时，它类似于屏蔽孤子；当不存在外电场时，它类似于开路条件下的光伏孤子．

关键词：光伏孤子空间孤子光折变晶体偏压