含焊接細節(jié)的鋼結構非線性響應測試和響應特征分析.pdf

1、結構局部損傷和疲勞累積是許多結構失效的主要原因，因此研究考慮局部焊接細節(jié)特性的結構局部細節(jié)部位非線性響應特征與損傷演化規(guī)律及其對結構行為的影響，對于結構安全評估和損傷識別有重要的學術意義和工程應用價值。 本文的主要內容是從實驗研究的角度探討含局部焊接細節(jié)的鋼桁架結構局部非線性響應特征與規(guī)律。以某大跨橋梁結構中典型的縱向加勁桁架標準段的1：5縮尺模型試樣為具體研究的載體，應用光彈貼片法來實現(xiàn)對試樣焊接細節(jié)部位附近非線性響應變場信息

2、的獲取，用應變片和位移計實現(xiàn)對結構整體數(shù)據(jù)信息的獲取。首先，通過簡單構件的預備性實驗對基于光彈貼片法的局部非線性響應變場測試方法的可行性進行了探討；然后建立了含焊接細節(jié)的鋼桁架結構試樣的殼單元有限元模型，通過對設計加載工況的模擬分析并結合實驗目的的要求研究了用于非線性響應測試的鋼桁架結構試樣的實驗方案；最后，通過在鋼桁架焊接細節(jié)部位預制不同類型的缺陷（貫穿孔洞、裂縫）研究了位于結構焊接細節(jié)部位的初始缺陷前沿的非線性響應特征及其規(guī)律，以及

3、在結構存在局部損傷的情況下，結構整體上表現(xiàn)出來的力學行為特征。 實驗研究的結果及其分析表明：1）在實驗的加載工況下，鋼桁架結構試樣整體以受彎為主要形式。具體到被測各桿件表現(xiàn)為：斜腹桿為主要承力構件，其以軸向應力為主；豎腹桿為名義應變次之，其也以軸向應力為主，上弦桿主要承受彎應力。2）預制的初始局部缺陷的存在改變了結構焊接細節(jié)部位的應力分布狀態(tài)，預制的局部損傷對結構局部性能的影響取決于預制損傷程度的大小、損傷類型以及預制損傷的位置

4、。預制貫穿孔洞損傷的孔邊條紋的級數(shù)反映出預制損傷的位置沿結構邊緣方向受拉應力，孔邊最大殘余應變的大小與預制孔洞的孔徑有關，孔徑越大，孔邊的最大殘余應變越小。由于預制貫穿孔洞位于結構的應力集中部位，使此部位的應力分布狀態(tài)兼受初始損傷以及結構本身應力集中的影響。預制裂紋的尖端塑性區(qū)在裂紋尖端兩側成非對稱蝶形分布；裂紋尖端塑性區(qū)域隨著載荷的增大而不斷增大，裂紋尖端塑性區(qū)的縱向尺寸與作用于結構的載荷成二次曲線的關系。3）結構焊接細節(jié)部位損傷的存

5、在對于結構整體行為的影響，主要從與預制損傷的節(jié)點板相連的三根弦桿的名義應變的變化以及結構的整體剛度的改變上反映出來，具體表現(xiàn)為：三根弦桿的名義應變的大小隨損傷程度的加大而減小，此加載工況下鋼桁架結構的主要承力構件斜腹桿應變響應受初始損傷的影響最大，其次是豎腹桿，影響最小的是上弦桿；結構細節(jié)部位損傷的存在導致結構整體剛度降低，結構整體剛度降低量隨結構初始預制損傷程度D0的增大呈增大趨勢。 上述研究成果反映了結構焊接細節(jié)缺陷附近的非