锈蚀槽钢受弯承载力试验研究

通过7根锈蚀槽钢构件和2根未锈蚀槽钢构件的受弯试验,研究了锈蚀对槽钢受弯承载力的影响。试验表明:锈蚀槽钢的承载力随其点蚀因子的增大而降低;翼缘的锈蚀对钢构件受弯承载力的影响较腹板显著,其中受压翼缘与受拉翼缘影响程度基本相同。最后,结合试验结果,利用Matlab软件分别对锈蚀槽钢试件上、下翼缘点蚀因子与构件受弯承载力损失值进行数据拟合,定性地给出上、下翼缘点蚀因子与受弯承载力损失比之间的关系式。     

锈蚀钢筋混凝土偏心受压构件实验及其承载力计算方法研究

大量锈蚀钢筋混凝土偏压构件的实验研究表明,随着纵向受力主筋锈蚀率的增大,偏心受压构件的承载力及其刚度均有不同程度的降低。并且由于钢筋锈蚀,钢筋混凝土偏心受压构件延性也随之降低,脆性性质明显,从而可能使得钢筋混凝土偏压构件的破坏形态发生变化。在对预制钢筋混凝土柱进行快速锈蚀实验85研究的基础上,对锈蚀偏心受压构件的结构性能退化机理和破坏特征进行了分析;在现行计算理论和实验85结果分析的基础上,通过拟合出的锈蚀钢筋与混凝土间的应变不协调系数,对未锈蚀构件的相对界限受压区高度进行修正,得到了锈蚀偏心受压构件相对界限受压区高度的修正公式;考虑锈蚀钢筋截面的削弱、钢筋屈服强度的降低以及钢筋和混凝土之间粘结性能退化的影响,提出锈蚀偏心受压构件正截面承载力计算方法,为今后混凝土结构耐久性评估和可靠性鉴定提供了科学依据。     

锈蚀槽钢梁受弯性能研究

通过7根锈蚀槽钢构件的受弯试验,研究了锈蚀对槽钢梁受弯性能的影响。试验研究表明:锈蚀槽钢梁的承载力与残余翼缘厚度具有良好的线性关系,残余翼缘厚度可以用来表征锈蚀程度的大小。锈蚀槽钢梁的荷载-挠度曲线和弯矩-曲率曲线可大致分为两个阶段:弹性阶段和弹塑性阶段;有些试件的曲线在加载初期有较小的斜率。在试验研究的基础上,提出了锈蚀槽钢梁基于残余翼缘厚度和锈蚀率的承载力计算公式;计算公式具有较好的可靠度。     

不同宽厚比H形截面钢梁抗冲击性能

基于经实验校核的非线性有限元模型,对受横向冲击作用的H形钢梁进行了有限元分析。设计不同宽厚比组配的H形钢梁,分析H形钢梁跨中受横向冲击的动态响应和应力发展过程,并研究宽厚比对H形钢梁抗冲击性能的影响,重点讨论了腹板厚度、翼缘厚度对冲击力平台值和峰值以及耗能的影响。分析结果表明,两端铰接H形钢梁在跨中受冲击载荷作用下的变形模式主要为弯曲变形。相同冲击能量下,冲击力平台值主要受翼缘厚度的影响,冲击力峰值主要受腹板厚度的影响。翼缘厚度对钢梁抗冲击性能的影响要大于腹板厚度。本研究可为不同宽厚比H形钢梁的抗冲击设计提供依据和参考。     

轴向冲击下C型冷弯卷边槽钢构件的动力响应

针对轴向冲击载荷下C型冷弯薄壁钢构件的动力响应,采用商业有限元软件Abaqus建立了能够反映冲击过程的有限元模型。通过对比有限元模拟和落锤实验中利用数字散斑技术采集的数据以及试样残余变形,验证了数值模型的可靠性。采用该模型分析了在不同冲击速度下翼缘、腹板和卷边质点的轴向位移-时间曲线以及腹板横向挠度的变化,结果表明:在较低冲击能量的作用下,翼缘对卷边的约束作用明显;而在较高冲击能量的加载过程中,冲击端卷边的轴向位移和速度明显大于翼缘和腹板,卷边破坏严重;随着冲击速度的提升,C型冷弯薄壁钢构件的动态屈曲临界载荷相应提升。     

带变截面可更换耗能梁段的高强钢框架-偏心支撑有限元参数分析

提出了一种新型变截面可更换耗能梁,控制塑性变形集中在耗能区域中,通过扩大截面与框架梁采取翼缘和腹板螺栓拼接连接,易于实现螺栓弹性设计,减小螺栓滑移,完成耗能梁端在地震作用后的更换。利用变截面可更换耗能梁段中部区域耗能集中与塑性变形优越的特性,结合高强钢的较大弹性变形,在偏心支撑钢框架中设置变截面可更换耗能梁段,形成带变截面可更换耗能梁段的高强钢框架-偏心支撑结构体系,通过有限元软件模拟验证了已有端板连接可更换耗能梁段试验,对比破坏模式、承载能力与耗能特性,以此为基础,建立了带变截面可更换耗能梁段的高强钢框架-偏心支撑结构有限元模型,通过循环加载研究了结构的承载能力、刚度、受力特点、塑性转角和塑性分布等受力机理。考虑了中间耗能区域长度(e)、钢材牌号组合和变截面可更换耗能梁段长度(e'')三个参数变化对结构抗震性能的影响规律。     

复式钢管混凝土T形件单边螺栓节点承载力研究

T形件单边螺栓连接节点应用到复式钢管混凝土结构中可充分利用双层钢管的截面特点,传力性能好且抗震性能高。对5个节点试件进行柱端水平往复加载试验并进行了数值模拟分析,试验中T形件因加肋方式不同出现了3种变形特征,而节点整体的破坏形态均为T形件屈服后钢梁塑性变形,数值模拟结果与试验结果吻合较好。根据试验和有限元结果分析了节点传力构件的受力机理,提出T形件受拉模型,分别计算T形件翼缘和加劲肋提供的抗弯承载力,从而得到节点的抗弯极限承载力计算公式,计算结果与试验结果误差较小,与数值模拟结果也十分相近。研究结果表明采用T形件受拉模型计算的节点承载力公式适用于T形件与单边螺栓强度相匹配的情况,T形件加肋形式对节点极限承载力影响最大,其次为T形件翼缘厚度,T形件腹板厚度影响很小;此外随着T形件翼缘厚度的增加节点承载力提高越来越小,故得出了单边螺栓直径与T形件翼缘厚度的最大临界值和最佳匹配值,为该节点工程应用提供理论参考和设计依据。     

火灾后T形型钢混凝土柱偏心受压力学性能试验研究

对7根T形型钢混凝土柱进行了火灾后的力学性能试验研究。火灾试验按照ISO834标准升温过程进行控制,1根未受火试件作为对比。T形型钢混凝土柱采用空腹式配钢形式,横向腹杆间距为200mm,试件通过偏心受压试验,考虑加载角和偏心距的影响。通过试验得到异形柱极限承载力、截面应变分布、荷载-挠度曲线以及截面特性。试验结果表明:(1)受火1h后,T形型钢混凝土柱仍然具有比较高的竖向承载力;(2)桁架式配钢方式以及合理的腹杆、箍筋布置保证了型钢与混凝土之间能够较好的协同工作,平截面假定对火灾后的T形型钢混凝土柱仍然适用;(3)荷载角和偏心距对试件的延性和变形能力影响显著。     

横向约束槽钢截面柱畸变屈曲分析

提出了用于计算冷弯薄壁槽钢柱畸变屈曲临界应力的加劲板模型。在加劲板模型中,腹板视为板单元,而翼缘和卷边则假设为在腹板两端施加的角加劲肋,因此槽钢截面构件可视为腹板(板)与翼缘-卷边(角加劲)组成的加劲板。通过加劲板模型,可以考虑腹板与翼缘-卷边之间相互约束效应,并基于最小势能原理,推导出构件畸变屈曲临界应力计算公式。为了验证加劲板模型的正确性,以槽钢柱为例,对选用的构件进行畸变屈曲临界应力计算,并与有限条程序计算结果进行比较,平均误差为4.0%,从而验证了本文模型的正确性。     

预应力钢绞线加固钢筋混凝土柱偏心受压试验研究

通过5根预应力钢绞线加固钢筋混凝土柱偏心受压试验,研究了预应力钢绞线加固后混凝土柱的破坏特征、偏压性能、破坏机理,对比了不同预应力、不同偏心距下加固后混凝土柱的极限承载力、侧向挠度、延性等性能。试验结果表明:预应力钢绞线加固方式充分发挥了钢绞线的侧向约束能力,当偏心距为20mm,钢绞线预应力为1k N、2k N所对应的构件承载力分别提高了9.14%、14.60%;当偏心距为40mm时,钢绞线预应力为2k N所对应的构件承载力提高了7.49%,极大地改善了原构件的力学性能。通过建立约束混凝土应力-应变关系,修正受压区等效矩形及界限相对受压区高度,给出了适用于预应力钢绞线加固小偏心钢筋混凝土柱承载力计算公式。     

圆中空夹层钢管混凝土压扭构件试验研究

以轴压比和长细比为主要参数设计了7根圆中空夹层钢管混凝土试件,为了便于对比分析,同时设计了2根圆实心钢管混凝土试件,对其在压扭复合受力状态下的力学性能进行了试验研究。对试验现象和试验结果进行了描述与分析,结果表明:圆中空夹层钢管混凝土压扭构件的扭矩-转角全过程曲线未出现下降段,试件表现出一定的后期承载潜力,具有较好的塑性和延性性能;钢管对混凝土的约束效应在加载后期更为显著;轴压比、长细比和空心率对压扭试件的初始刚度影响不大,但轴压比和长细比对试件的抗扭承载力有一定影响。最后,采用压扭构件承载力相关方程对圆中空夹层钢管混凝土压扭构件的抗扭承载力进行了计算,计算结果与试验结果基本接近且总体偏于安全,可为工程设计提供参考。     

Q420钢管大气腐蚀后的抗侧撞性能

为研究大气腐蚀对Q420钢管构件服役期内耐撞性的影响,提出了计及腐蚀损伤的材料模型。引入损伤因子（ω）修正Voce模型,推导随腐蚀程度变化的低合金钢材本构方程,并通过加速腐蚀试验结果回归相应参数。利用ABAQUS软件定义构件材料特性,建立起受腐蚀的Q420钢管仿真模型,采用显式动力算法分析多种初始状态下,撞击体与不同腐蚀程度钢管的冲击响应规律。开展预腐蚀Q420钢管的落锤试验,将试验结果与数值计算结果进行对比,验证所建模型的合理性。结果表明:大气腐蚀导致材料名义强度降低,对Q420钢管抗撞击能力影响显著;随着腐蚀程度增加,冲击力峰值减小,撞击时间和深度增加;Q420钢管受腐蚀后抗冲击刚度减小,构件整体变形耗能增加,表明大气腐蚀使其抗冲击性能下降;同等动能增量下,增大撞击体初速度比增加初始质量获得的冲击力峰值增幅更大,而所得到的接触时间增幅更小。     

型钢再生混凝土组合柱水平承载力试验及计算方法研究

基于17个型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载试验,分析了再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率以及剪跨比对组合柱水平承载力的影响规律。通过实测型钢腹板与翼缘,箍筋及纵筋的荷载-应变曲线,并结合组合柱的破坏形态特征,分析了型钢再生混凝土组合柱在水平荷载作用下的破坏机理。在此基础上,分别推导了型钢再生混凝土组合柱发生剪切斜压破坏和弯曲破坏时的理论计算公式。为了便于计算,本文提出了型钢再生混凝土组合柱水平承载力实用计算公式。结果表明,组合柱的计算水平承载力与试验值吻合较好,满足计算要求。上述研究结论可为型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供参考。     

Incremental versus total-strain theories for proportionate and nonproportionate loading of torsion-tension members

Incremental and total-strain theories have been presented in the literature for hollow and solid circular torsion-tension members. The differential equations obtained for the incremental theory have been solved only for the conditions that the torsion-tension member is made of a nonstrain-hardening material and is subjected to restricted deformation histories. Computer programs were written to obtain numerical incremental solutions for hollow and solid circular torsion-tension members made of strain-hardening materials and subjected to any deformation or loading path. Test data were obtained for three different materials: (a) a nonstrain-hardening steel, annealed SAE 1035 steel, with identical properties in tension and compression; (b) a strain-hardening steel, annealed rail steel, with identical properties in tension and compression; (c) a strainhardening alumimum alloy, 2024-T4, with different properties in tension and compression. In all cases, the average of the tension and compression stress-strain diagram was approximated by two straight lines to obtain material properties. Test data for proportionate loading were in excellent agreement with either the total-strain theory or the incremental-strain theory. Data for nonproportionate loading, in which one deformation was kept constant as the other was increased, fell between the two theories and were in closer agreement with the predictions of the incremental theory.     

Evaluation of atmospheric corrosion damage to steel space structures in coastal areas

Steel space structures in coastal areas, often exposed in the open air, are inevitably subjected to atmospheric corrosion. This paper presents a framework for evaluation of potential damage due to atmospheric corrosion to steel space structures in coastal areas through an integration of knowledge in material science and structural analysis. An empirical model for estimating corrosion of steel material is first presented based on long-term experimental data available. Equations relating structural natural frequency sensitivity to structural member thickness are then derived in consideration of both inner and outer surface corrosions of the structural member. The nonlinear static analysis is finally conducted to evaluate effects of atmospheric corrosion on the stress of structural members and the safety of steel space structures. By taking a real large steel space structure built in southern coastal area in China as example, the feasibility of the proposed approach is examined and the potential damage caused by atmospheric corrosion to the structure is assessed. The results demonstrate that the atmospheric corrosion does not obviously affect the natural frequencies of the structure but it does create stress redistribution and some of the structural members may have large stress changes.     

圆钢管型钢再生混凝土短柱偏压力学性能退化研究

为研究圆钢管型钢再生混凝土短柱在偏压荷载作用下的性能退化,进行了10个短柱试件偏心受压试验。主要分析了再生粗骨料取代率、圆钢管径厚比、型钢配钢率和偏心距等参数对试件的荷载-挠度曲线、变形能力、刚度退化及耗能能力的影响。结果表明:该短柱具有较高的承载力和抗弯刚度;与普通混凝土相比,取代率的增加对短柱的承载力和变形是不利的,试件的挠度变形随着取代率的增加而增大,再生粗骨料取代率为100%的试件偏压承载力降低了8.98%,试件刚度退化速率随着取代率的增加而加快,耗能能力逐渐降低;试件的挠度变形随着圆钢管径厚比的增大或型钢配钢率的减小而增大;试件刚度退化速率随圆钢管壁厚、型钢配钢率的增加逐渐变慢,耗能能力增强;另外,偏心距对试件偏压性能影响较为显著,随着偏心距的增大,试件刚度退化和承载力降低更加明显。     

锈蚀钢筋混凝土双筋矩形梁抗弯承载力分析

钢筋锈蚀是钢筋混凝土桥梁的主要病害之一。在锈蚀钢筋混凝土双筋矩形截面梁中,钢筋锈蚀易造成结构性能退化,并引起钢筋和混凝土相对滑移,导致结构的承载力降低,受拉区的钢筋与混凝土变形不协调。通过构造新的几何条件,推导了锈蚀钢筋混凝土双筋矩形梁正截面极限抗弯承载力计算公式。对室内快速锈蚀双筋矩形梁进行正截面抗弯承载力实验,结果表明推导的锈后双筋矩形梁正截面抗弯承载力公式的计算值与实验值吻合较好。上述工作为进一步进行工程实践奠定了基础。     

Effect of salt spray corrosion on air-side hydrophilicity and thermal-hydraulic performance of copper-fin heat exchangers

The effect of salt spray corrosion on the air-side hydrophilicity and the thermal-hydraulic performance of copper-fin heat exchangers were experimentally investigated. Artificial accelerated method of salt spray corrosion on the copper-fin heat exchangers was used for simulating the actual corroded heat exchangers. The experimental results show that, the contact angles increase with the increase of salt spray corrosion hours, which results in the degradation of the hydrophilicity of copper fin. The air-side heat transfer coefficients decrease and pressure drops increase with the increase of corrosion hours. The effect of salt spray corrosion on the heat transfer coefficients and pressure drops become more obvious with the increase of inlet air velocity. The heat transfer coefficients of the corroded copper-fin heat exchangers decrease by 4.4–34.0% and the pressure drop increase by 5.2–26.1% comparing with those of the uncorroded copper-fin heat exchanger at the inlet air velocity ranging from 0.5 to 2.0 m/s.