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不锈钢结构具有优良的耐腐蚀性、耐久性和建筑表现力,可以从结构材料层面解决普通钢结构的腐蚀问题,在建筑结构领域具有可观的应用前景。但不锈钢的非线性材料力学特性使得构件的受力性能与普通钢结构构件存在明显区别,不能直接沿用现有的普通钢结构设计方法。本文采用了试验研究、数值计算和理论分析的手段,对不锈钢焊接工字形梁的局部稳定性能和非线性变形性能进行了系统深入研究,提出了建议设计计算方法。本文的研究工作主要包括:
(1)开展了126组奥氏体型S30408和双相型S22253不锈钢热轧板材拉伸和压缩材料力学性能试验,得到了不锈钢板材的拉伸和压缩力学性能指标和应力?应变关系曲线;采用两种先进的测量方案对焊接构件组成板件的局部几何初始缺陷进行量测。
(2)开展了7组设置横向加劲肋不锈钢梁剪切屈曲试验、2组增加设置斜向加劲肋不锈钢梁剪切屈曲试验、6组弯剪共同作用下不锈钢梁局部稳定性能试验和5组弯剪共同作用下设置纵向加劲肋不锈钢梁局部稳定性能试验,获得不同应力状态下不锈钢梁薄腹板的局部屈曲临界荷载、屈曲后极限承载力和最终失效破坏形态。
(3)分别建立了准确模拟不同受力状态下不锈钢焊接工字形梁局部稳定性能的精细化有限元数值模型,并基于试验结果对模型的准确可靠性进行了验证;系统分析了梁腹板在剪力、弯剪共同作用下的局部屈曲受力机理,探究了梁腹板上配置横向加劲肋、斜向加劲肋和纵向加劲肋的影响;基于试验研究和数值分析结果揭示了各关键参数对梁局部稳定性能的影响规律;对现有设计计算方法进行评估,提出了不锈钢梁局部稳定承载力建议计算方法,并通过可靠度分析验证了所提出计算方法的合理性。
(4)进行了5组不锈钢焊接工字形简支梁三点弯曲和5组连续梁五点弯曲加载试验,获得了简支梁和连续梁的荷载?挠度发展关系;建立了考虑不锈钢材料非线性、构件几何初始缺陷和截面焊接残余应力的有限元模型,对试验过程进行数值模拟;对现有不锈钢梁挠度计算方法进行评估,提出不锈钢梁非线性挠度计算修正公式。
(1)开展了126组奥氏体型S30408和双相型S22253不锈钢热轧板材拉伸和压缩材料力学性能试验,得到了不锈钢板材的拉伸和压缩力学性能指标和应力?应变关系曲线;采用两种先进的测量方案对焊接构件组成板件的局部几何初始缺陷进行量测。
(2)开展了7组设置横向加劲肋不锈钢梁剪切屈曲试验、2组增加设置斜向加劲肋不锈钢梁剪切屈曲试验、6组弯剪共同作用下不锈钢梁局部稳定性能试验和5组弯剪共同作用下设置纵向加劲肋不锈钢梁局部稳定性能试验,获得不同应力状态下不锈钢梁薄腹板的局部屈曲临界荷载、屈曲后极限承载力和最终失效破坏形态。
(3)分别建立了准确模拟不同受力状态下不锈钢焊接工字形梁局部稳定性能的精细化有限元数值模型,并基于试验结果对模型的准确可靠性进行了验证;系统分析了梁腹板在剪力、弯剪共同作用下的局部屈曲受力机理,探究了梁腹板上配置横向加劲肋、斜向加劲肋和纵向加劲肋的影响;基于试验研究和数值分析结果揭示了各关键参数对梁局部稳定性能的影响规律;对现有设计计算方法进行评估,提出了不锈钢梁局部稳定承载力建议计算方法,并通过可靠度分析验证了所提出计算方法的合理性。
(4)进行了5组不锈钢焊接工字形简支梁三点弯曲和5组连续梁五点弯曲加载试验,获得了简支梁和连续梁的荷载?挠度发展关系;建立了考虑不锈钢材料非线性、构件几何初始缺陷和截面焊接残余应力的有限元模型,对试验过程进行数值模拟;对现有不锈钢梁挠度计算方法进行评估,提出不锈钢梁非线性挠度计算修正公式。