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钢桥焊接节点超低周疲劳性能与断裂机理研究
| 论文题名： | 钢桥焊接节点超低周疲劳性能与断裂机理研究 |
| 关键词： | 钢桥;抗震设计;焊接节点;超低周疲劳性能;断裂机理 |
| 摘要： | 在地震反复荷载作用下钢桥焊接节点出现的延性开裂和超低周疲劳破坏，将导致钢桥整体失效。迄今为止，已有一些学者对钢桥在地震作用下的超低周疲劳破坏机理及其验算方法进行了相关研究，为建立钢桥抗震设计理论体系提供了一定的依据。但是，目前钢桥发生超低周疲劳破坏的机理尚不明确，超低周疲劳破坏验算方法尚未建立。为此，本文以超低周疲劳易损部位焊接节点为对象，进行了超低周疲劳性能与断裂机理研究，从而为钢桥抗震设计提供参考。 论文以钢桥Q345qC钢材及其焊接接头为对象，主要开展了以下工作: 1)对焊接节点的材料试样进行了拉伸试验及有限元分析，标定了单调加载微观机制断裂模型（VGM和SMCS）的材料参数，通过断口电镜扫描确定了材料的特征长度。 2)对母材及焊接节点试样进行了低周疲劳试验和电镜扫描，分析了两者的低周疲劳性能、焊接接头的低周疲劳断裂机理以及焊接缺陷对疲劳寿命的影响。 3)对母材及焊接试样进行了超低周疲劳试验和有限元分析，采用Coffin-Manson等不同的经验公式建立了两者的寿命预测曲线，并通过电镜扫描分析了两者的超低周疲劳断裂机理。 4)应用本文建立的Q345qC母材和焊接接头超低周疲劳损伤评价公式，分析了宽厚比、长细比及轴压比等结构参数对钢桥墩有限元模型超低周疲劳损伤评价结果的影响。 通过上述研究，论文主要得到以下几点结论: 1)母材的VGM模型参数η和SMCS模型参数α均略高于热影响区，且明显高于焊缝金属;材料参数η和α对有限元模型的单元尺寸不敏感。 2)同一应变幅下焊接接头的低周疲劳寿命仅为母材的31％～50％，且数据离散性大于母材;焊接缺陷容易引起焊接接头萌生裂纹，使疲劳寿命显著降低。 3)对于母材，循环响应特征为循环稳定或硬化;对于焊接接头，表现为循环稳定或软化。 4)Coffin-Manson公式与CVGM模型的预测结果接近，可预测母材和焊接接头的超低周疲劳寿命。 5)当加载应变范围较高时，母材和焊接接头的开裂形式表现为延性开裂，当应变范围较低时表现为脆性开裂，因此开裂形式与加载应变大小有关。 6)轴压比和长细比对钢桥墩超低周疲劳预测寿命影响较大;较小的宽厚比对预测寿命影响较小;较大的宽厚比使钢板局部屈曲、预测寿命增大;同一工况下CVGM模型的延性开裂预测寿命略低于损伤指标评价方法，预测结果偏安全。 |
| 作者： | 廖燕华 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 谢旭 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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