钢杆件轴向荷载作用下低周塑性双重破坏机制的试验研究

论文摘要

结构在服役过程中会受到各种荷载的作用,其中以地震和强风等重复荷载的对其影响最大,在地震和强风作用下,结构构件可能反复进入塑性状态,最终产生低周塑性破坏。如何描述结构构件在强风或地震作用下的破坏准则,一直是土木工程研究领域十分关心的问题。各国的研究者从不同的角度,针对不同的结构形式建立了不同表达形式的塑性破坏模型。在这些模型中,以1985年由Y.J. Park和A.H. S.Ang提出的由构件最大变形和累积滞回耗能线性组合表达的双参数破坏准则为后续研究者使用得最为广泛,以后改进的模型大多也是沿着Park模型的最大变形与累积耗能相结合的双参数路线建立起来的。Park类型的模型在一定程度上反映了结构或构件塑性破坏是由于变形与耗能联合造成的这一破坏机理,因此得到了普遍的认可。但是本文通过对Park-Ang破坏准则进行了总结和分析发现Park模型并非尽善尽美,它也存在一定的局限性。为了对结构构件低周塑性破坏的模型作了进一步发展和完善,本文首先基于低周反复荷载作用下构件寿命方程分析了构件极恨滞回耗能与应变延性系数的关系,近似为指数衰减关系；然后通过引入另外的与加载路径有关的能量项加权因子βi,提出了Park-Ang双参数破坏模型新的改进形式。改进的破坏模型中规格化最大应变延性系数与规格化滞回耗能是非线性组合,且在一定程度上考虑了加载路径对破坏的影响。最后本文通过对一批钢结构试件进行塑性范围内的等位移幅循环加载试验,测得不同位移幅值作用下试件的滞回曲线,统计了不同位移幅值循环加载时的极限滞回耗能,得到试件塑性应变幅与极限滞回耗能的关系曲线。并以此为依据对改进的Park-Ang模型进行验证,结果表明,该准则能准确反映构件首次超越和累积耗能联合作用的破坏机理,对工程结构在强风和地震作用过程下结构构件破坏机理的研究具有重要的理论意义和实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构构件塑性破坏的研究现状
• 1.2.1 塑性破坏理论的研究
• 1.2.2 金属材料低周塑性试验研究现状
• 1.3 本文研究的内容和方法
• 第2章 对Park-Ang模型的修正
• 2.1 引言
• 2.2 Park-Ang模型的分析
• 2.3 对Park-Ang模型的修正
• 2.3.1 修正在单调荷载作用下直到破坏时,耗能项等于0的问题
• 2.3.2 修正Park-Ang模型低估构件的极限滞回耗能能力的问题
• 2.3.3 本文基于Park-Ang模型的改进模型
• 第3章 钢杆件轴向荷载作用下塑性破坏的试验
• 3.1 引言
• 3.2 钢杆件低周塑性试验系统
• 3.2.1 试验目的
• 3.2.2 试验思路
• 3.2.3 试件设计
• 3.2.4 试验装置及加载制度
• 3.2.5 试验过程
• 3.3 钢杆件的低周塑性试验结果分析
• 第4章 钢杆件低周塑性双重破坏机制的建立
• 4.1 引言
• 4.2 双参数破坏准则的试验分析
• 4.2.1 对Park-Ang模型的分析
• 4.2.2 对王东升改进的模型的分析
• 4.2.3 对本文提出的模型的验证
• 第5章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 进一步研究的展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表和完成的论文