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混合设计高性能钢梁抗弯强度与延性研究

作　者: 王继明
导　师: 王春生
学　校: 长安大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 高性能钢梁混合设计抗弯强度延性试验研究有限元分析参数分析
分类号: U448.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

HPS-485W高性能钢具有强度高、可焊性好、韧性好和耐候性显著等优点。随着高性能钢在公路桥梁中的应用与发展,对现行公路桥梁设计规范中钢材种类和条文进行更新已迫在眉睫。为了在公路桥梁中推广和安全地应用高性能钢,本文对HPS-485W高性能钢混合工字形梁进行了试验研究和有限元研究,分析了HPS-485W高性能钢混合工字形梁的失效机理,得到了影响HPS-485W高性能钢混合工字形梁抗弯强度与延性的各参数的影响规律与合理取值范围。本文的主要研究内容如下：1、通过通用有限元程序Ansys对Lehgih大学2根HPS-690W高性能钢等强梁进行有限元模拟分析,获得能够精确模拟试验梁受力性能的有限元模型,并对试验梁的失效机理进行了论述。2、通过材料拉伸试验,测试12mm厚HPS-485W高性能钢的材料力学特性,获得材料的全过程工程应力-应变曲线；通过对材料的工程应力-应变曲线数据处理,获得其真实应力-自然应变曲线、屈服强度和弹性模量等值。采用12mm厚HPS-485W高性能钢板和8mm厚Q235钢板设计了3根试验梁,并采用有限元模型对试验梁进行分析,根据捕捉到的试验梁失效模式,进行测点优化布置。3、对3根高性能混合设计钢梁进行了试验测试,对试验梁数据进行了分析处理,并与有限元模拟结果进行了分析比较,对试验梁的失效机理进行了深入研究。对比结果表明腹板屈曲强度对试验梁的抗弯强度具有显著影响。4、采用通过试验结果校核过的有限元模型对影响HPS-485W高性能钢混合工字形梁抗弯强度和延性参数进行了分析,确定了这些参数的一般影响规律及合理取值范围。这些参数包括翼缘宽厚比、腹板宽厚比、截面高宽比、几何初始缺陷分布模型、缺陷峰值、侧向约束形式、翼缘材料与腹板材料匹配等。最后对研究的内容进行了总结,并对下一步的研究提出了建议和思路。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-16
  1.1 引言  11-13
  1.2 高性能钢混合设计  13-14
  1.3 本文研究目的  14-15
  1.4 本文主要研究内容  15-16
第二章研究综述  16-31
  2.1 概述  16
  2.2 《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)  16-17
  2.3 2007版AASHTO LRFD桥梁设计规范  17-21
    2.3.1 条款6.10.8  18-20
    2.3.2 附录A  20-21
  2.4 研究综述  21-29
    2.4.1 Holtz和Kulak  22-23
    2.4.2 Schilling和Morcos  23-24
    2.4.3 Barth  24-25
    2.4.4 Fahnestock和Sause  25
    2.4.5 Yakel,Mans和Azizinamini  25-27
    2.4.6 Earls,Shah和Thoams  27
    2.4.7 Salem和Sause  27-28
    2.4.8 王春生和段兰  28-29
  2.5 塑性理论回顾  29-30
    2.5.1 屈服准则  29
    2.5.2 强化准则  29-30
    2.5.3 流动准则  30
  2.6 本章小结  30-31
第三章工字形梁局部屈曲有限元模型  31-51
  3.1 概述  31
  3.2 物理模型  31-33
  3.3 影响工字形梁局部屈曲的有限元仿真模拟的主要参数  33-40
    3.3.1 单元类型  33
    3.3.2 材料本构模型  33-36
    3.3.3 网格收敛  36-38
    3.3.4 边界条件、加载位置和侧向支撑  38
    3.3.5 几何缺陷  38-39
    3.3.6 残余应力形式  39-40
    3.3.7 求解方法  40
  3.4 有限元模型有效性验证  40-44
  3.5 腹板和翼缘之间内力的传递  44-49
  3.6 极限承载力时刻翼缘板应力云图  49-50
  3.7 本章小结  50-51
第四章试验梁与试验装置设计  51-66
  4.1 概述  51
  4.2 材料特性  51-56
    4.2.1 试验梁钢板  51
    4.2.2 拉伸试件  51-52
    4.2.3 拉伸试件测试流程  52-53
    4.2.4 拉伸试件特性  53-55
    4.2.5 本构模型  55-56
  4.3 试验梁基本选择  56-58
    4.3.1 横截面和跨径  56-57
    4.3.2 试验梁初步几何尺寸  57-58
  4.4 试验梁细节设计  58-61
    4.4.1 名义抗弯强度  58
    4.4.2 侧向支撑间距  58-59
    4.4.3 名义抗剪强度  59
    4.4.4 初步有限元模拟  59-61
    4.4.5 试验梁加工制作  61
  4.5 试验梁缺陷确定  61-62
    4.5.1 几何初始缺陷测量  61
    4.5.2 残余应力测量  61-62
  4.6 试验装置  62-64
    4.6.1 竖向和侧向支撑系统  62-63
    4.6.2 加载系统  63-64
    4.6.3 试验梁测试  64
  4.7 本章小结  64-66
第五章试验梁有限元分析  66-79
  5.1 概述  66
  5.2 试验梁1’的有限元分析与试验对比  66-70
    5.2.1 试验梁介绍  66-67
    5.2.2 有限元模拟结果与试验结果对比  67-70
  5.3 基于有限元的试验梁失效机理分析  70-78
    5.3.1 试验梁1  70-72
    5.3.2 试验梁2  72-75
    5.3.3 试验梁3  75-78
    5.3.4 试验梁对比  78
  5.4 本章小结  78-79
第六章 HPS 485W高性能钢梁抗弯性能与延性参数分析  79-98
  6.1 几何参数分析  79-88
    6.1.1 翼缘宽厚比影响  79-82
    6.1.2 腹板宽厚比影响  82-85
    6.1.3 截面高宽比影响  85-88
  6.2 初始缺陷的影响  88-92
  6.3 侧向约束布置形式的影响  92-94
  6.4 翼缘与腹板材料匹配的影响  94-97
  6.5 本章小结  97-98
结论与建议  98-100
  结论  98-99
  建议  99-100
参考文献  100-104
攻读硕士期间发表的论文  104-105
致谢  105

混合设计高性能钢梁抗弯强度与延性研究

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