在強(qiáng)震下，螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中桿件與節(jié)點(diǎn)經(jīng)歷了數(shù)次塑性應(yīng)變的過程，其破壞形態(tài)具有超低周疲勞破壞的特征。因此為探究螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下的超低周疲勞性能，課題采用試驗(yàn)研究和模擬分析相結(jié)合的方法，從螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的典型組合構(gòu)件、常用支座節(jié)點(diǎn)以及整體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的層面，系統(tǒng)進(jìn)行了循環(huán)加載下的螺栓球節(jié)點(diǎn)超低周疲勞性能試驗(yàn)、循環(huán)加載支座節(jié)點(diǎn)超低周疲勞性能試驗(yàn)、兩端帶螺栓球節(jié)點(diǎn)的圓鋼管試件超低周疲勞性能試驗(yàn)及螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大位移往復(fù)加載試驗(yàn)；并采用SEM掃描電鏡進(jìn)一步研究了鋼管、螺栓等關(guān)鍵部件的典型斷面，從微觀層面揭示了螺栓球結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下的超低周斷裂機(jī)理，并得到了計(jì)及節(jié)點(diǎn)影響、材料塑性損傷累積、隨動(dòng)強(qiáng)化、Bauschinger效應(yīng)和多次屈曲剛度退化的典型桿件的骨架曲線，結(jié)果表明強(qiáng)震下螺栓球網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的超低周疲勞性能直接關(guān)系著結(jié)構(gòu)的安全性能。 本項(xiàng)目由節(jié)點(diǎn)至桿件、自支座到結(jié)構(gòu)，積累了豐富的螺栓球網(wǎng)架超低周疲勞數(shù)據(jù)，為強(qiáng)震下螺栓球網(wǎng)架的疲勞驗(yàn)算和安全性能評定提供了有力的數(shù)據(jù)支持和技術(shù)保障，具有較大的工程實(shí)踐意義和學(xué)術(shù)參考價(jià)值。 2100433B

空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)建筑已與人類現(xiàn)代化生產(chǎn)、生活密不可分。但據(jù)震害調(diào)查與地震模擬振動(dòng)臺破壞形態(tài)試驗(yàn)，空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)存在強(qiáng)震下的超低周疲勞破壞隱患，直接威脅著強(qiáng)震時(shí)數(shù)以萬計(jì)的該類建筑的安全性能。本項(xiàng)目將以震害最嚴(yán)重的螺栓球網(wǎng)格結(jié)構(gòu)為對象，針對螺栓球網(wǎng)格結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)（包括支座節(jié)點(diǎn)）強(qiáng)震下超低周疲勞破壞的微觀力學(xué)模型、桿件拉裂與多次壓曲后斷裂機(jī)理、超低周疲勞壽命驗(yàn)算以及計(jì)及節(jié)點(diǎn)影響、材料塑性損傷累積、隨動(dòng)強(qiáng)化、Bauschinger效應(yīng)和單元多次屈曲剛度退化的模擬技術(shù)等開展試驗(yàn)與模擬研究，隨后將研究成果應(yīng)用于螺栓球節(jié)點(diǎn)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系，通過纖維梁與其它高精度單元的多尺度精細(xì)化建模，開展蘆山地震損壞的兩個(gè)大跨網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及其它案例的模擬對比分析，建立螺栓球網(wǎng)格結(jié)構(gòu)災(zāi)難地震下超低周疲勞驗(yàn)算及抗倒塌性能評定方法，為實(shí)現(xiàn)該類結(jié)構(gòu)基于破壞形態(tài)的抗震性能化設(shè)計(jì)與大量既有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的強(qiáng)震下安全性能評定奠定研究基礎(chǔ)。

近二十年來，地球進(jìn)入強(qiáng)震周期，金屬材料在超低周疲勞加載下的延性斷裂問題成為金屬結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)問題之一?！稄?qiáng)震下金屬結(jié)構(gòu)的超低周疲勞破壞》主要闡述金屬結(jié)構(gòu)在地震等超大塑性循環(huán)加載下的延性破壞機(jī)理、理論分析模型、數(shù)值仿真模擬方法以及相關(guān)理論在金屬材料、構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)層面的應(yīng)用，是作者近10年來相關(guān)研究成果的薈萃。

《強(qiáng)震下金屬結(jié)構(gòu)的超低周疲勞破壞》面向的讀者包括對金屬結(jié)構(gòu)感興趣的本科生、研究生、研究鋼和鋁合金結(jié)構(gòu)的研究人員，以及涉及循環(huán)大塑性加載相關(guān)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)工程師。

序

前言

第1章 概論

1．1 研究背景

1．1．1 超低周疲勞的內(nèi)涵

1．1．2 鋼構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的屈曲后超低周疲勞破壞

1．1．3 鋼框架焊接梁柱節(jié)點(diǎn)的超低周疲勞破壞

1．2 延性斷裂

1．2．1 簡介

1．2．2 結(jié)構(gòu)工程中延性斷裂相關(guān)研究

1．3 研究目標(biāo)

1．4 本書框架內(nèi)容

第2章 單調(diào)加載下大應(yīng)變域的結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)力-應(yīng)變特性

2．1 概述

2．2 頸縮后真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變

2．2．1 真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變的定義

2．2．2 頸縮發(fā)生的條件

2．2．3 簡單修正法

2．2．4 加權(quán)平均法

2．2．5 修正加權(quán)平均法

2．3 試驗(yàn)

2．3．1 材料

2．3．2 材性試件設(shè)計(jì)

2．3．3 加載及測試方案

2．3．4 試驗(yàn)結(jié)果

2．4 數(shù)值模擬

2．5 試驗(yàn)和模擬結(jié)果對比

2．6 小結(jié)

第3章 大塑性應(yīng)變循環(huán)加載下結(jié)構(gòu)鋼的本構(gòu)特性

3．1 概述

3．2 金屬循環(huán)塑性模型

3．2．1 金屬塑性模型數(shù)學(xué)原理相關(guān)綜述

3．2．2 Prager模型

3．2．3 Chaboche隨動(dòng)強(qiáng)化模型

3．2．4 Yoshida-Uemori模型

3．2．5 改進(jìn)的Yoshida-Uemori模型

3．3 試驗(yàn)

3．3．1 材料

3．3．2 試件設(shè)計(jì)

3．3．3 試件形狀

3．3．4 測試方案

3．3．5 沙漏形試件的加載歷史

3．4 數(shù)值模擬

3．5 試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值結(jié)果對比

3．6 含預(yù)應(yīng)變試件的滯回特性

3．7 小結(jié)

第4章 單調(diào)加載下結(jié)構(gòu)鋼的裂紋萌生

4．1 概述

4．1．1 研究背景

4．1．2 預(yù)測延性斷裂的方法

4．1．3 結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域延性斷裂相關(guān)研究

4．1．4 理論研究方法

4．2 單調(diào)加載下的延性斷裂模型

4．2．1 Rice-Tracey模型

4．2．2 Miner準(zhǔn)則

4．2．3 單調(diào)拉伸加載下的斷裂模型

4．2．4 模型參數(shù)的標(biāo)定

4．3 試驗(yàn)研究

4．4 數(shù)值分析

4．4．1 有限元建模

4．4．2 塑性模型及模型參數(shù)標(biāo)定

4．5 試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果的對比

4．6 小結(jié)

第5章 單調(diào)加載下延性裂紋的擴(kuò)展

5．1 概述

5．2 延性斷裂模型

5．2．1 裂紋萌生準(zhǔn)則

5．2．2 延性裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則

5．2．3 獲得延性斷裂參數(shù)和真實(shí)應(yīng)力真實(shí)應(yīng)變數(shù)據(jù)的方法

5．3 試驗(yàn)

5．3．1 材性試驗(yàn)

5．3．2 試件設(shè)計(jì)

5．3．3 試件加載

5．3．4 試驗(yàn)結(jié)果

5．4 數(shù)值模擬

5．4．1 有限元建模

5．4．2 試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果的對比

5．5 討論

5．6 小結(jié)

第6章 循環(huán)加載下結(jié)構(gòu)鋼的延性斷裂模型

6．1 概述

6．2 循環(huán)加載下的延性斷裂模型

6．2．1 負(fù)應(yīng)力三軸度下金屬的損傷

6．2．2 基于單調(diào)加載延性斷裂模型修正的循環(huán)延性斷裂模型

6．3 試驗(yàn)研究

6．4 數(shù)值分析

6．4．1 有限元建模

6．4．2 塑性模型

6．5 試驗(yàn)和數(shù)值分析結(jié)果的對比

6．6 小結(jié)

第7章 鋼短柱屈曲后斷裂的預(yù)測

7．1 概述

7．2 試驗(yàn)

7．2．1 試件

7．2．2 加載方案

7．2．3 加載歷史

7．2．4 方形鋼管柱的材性試件

7．3 試驗(yàn)結(jié)果

7．3．1 屈曲和斷裂模式

7．3．2 滯回特性

7．4 數(shù)值模擬

7．5 試驗(yàn)和模擬結(jié)果對比

7．5．1 大寬厚比試件的對比結(jié)果

7．5．2 中寬厚比試件的對比結(jié)果

7．5．3 小寬厚比試件的對比結(jié)果

7．6 小結(jié)

第8章 薄壁焊接鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)屈曲后斷裂

8．1 概述

8．2 循環(huán)大應(yīng)變荷載下的雙參數(shù)延性斷裂模型

8．3 薄壁梁柱焊接節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究

8．3．1 試件設(shè)計(jì)

8．3．2 加載裝置及加載制度

8．3．3 屈曲和斷裂模式

8．3．4 滯回性能

8．4 數(shù)值模擬

8．4．1 有限元建模

8．4．2 有限元與試驗(yàn)結(jié)果對比

8．4．3 嵌入延性斷裂模型與否對數(shù)值分析結(jié)果的影響

8．5 參數(shù)分析

8．5．1 初始幾何缺陷的影響

8．5．2 軸壓比的影響

8．5．3 節(jié)點(diǎn)域等效寬厚比的影響

8．6 小結(jié)

第9章 鋁合金在全應(yīng)變域內(nèi)的循環(huán)塑性模型

9．1 概述

9．2 利用最少物理變量標(biāo)定塑性模型參數(shù)的方法

9．3 塑性模型標(biāo)定方法在材料層面的驗(yàn)證

9．3．1 鋁合金雙缺口試件試驗(yàn)研究

9．3．2 鋁合金雙缺口試件的數(shù)值模擬

9．3．3 鋁合金雙缺口試件塑性模型參數(shù)的標(biāo)定

9．4 塑性模型參數(shù)標(biāo)定方法在構(gòu)件層面的驗(yàn)證

9．4．1 鋁合金屈曲約束支撐的試驗(yàn)研究

9．4．2 鋁合金屈曲約束支撐的數(shù)值模擬

9．4．3 基于典型力學(xué)性能參數(shù)的塑性模型參數(shù)標(biāo)定

9．5 小結(jié)

第10章 鋁合金材料的超低周疲勞破壞

10．1 概述

10．2 6061-T6鋁合金的超低周疲勞試驗(yàn)

10．2．1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

10．2．2 破壞模式及斷面觀察

10．2．3 滯回曲線和骨架曲線

10．3 數(shù)值模擬

10．3．1 有限元建模

10．3．2 試驗(yàn)與數(shù)值分析結(jié)果的對比

10．4 超低周疲勞斷裂模型

10．5 小結(jié)

第11章 總結(jié)和研究展望

11．1 主要結(jié)論

11．1．1 循環(huán)大塑性應(yīng)變加載下的金屬塑性模型

11．1．2 循環(huán)大塑性應(yīng)變加載下的延性斷裂模型

11．2 研究展望

附錄A 改進(jìn)的Yoshida-Uemori模型自定義子程序開發(fā)

A1 引言

A2 單步積分法的應(yīng)力積分

A2．1 應(yīng)力積分算法

A2．2 更新記憶面

A2．3 單步積分法的一致切線剛度矩陣

A3 自適應(yīng)子步積分法

A3．1 簡介

A3．2 自適應(yīng)子步積分法的一致切線剛度矩陣

A3．3 自定義子程序的驗(yàn)證

A3．4 子步長度對子程序魯棒性和計(jì)算效率的影響

A4 模型的參數(shù)標(biāo)定

A5 模型在超大塑性應(yīng)變問題中的應(yīng)用

A6 結(jié)論2100433B

項(xiàng)目重點(diǎn)研究了大跨隔震結(jié)構(gòu)考慮地震動(dòng)空間效應(yīng)的影響，通過理論分析與振動(dòng)臺試驗(yàn)研究，分析了隔震大跨空間結(jié)構(gòu)在多點(diǎn)地震激勵(lì)下的地震響應(yīng)特征。近年來，支座隔震技術(shù)逐步應(yīng)用于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，由于隔震層的存在，導(dǎo)致現(xiàn)有計(jì)算方法無法適用于隔震結(jié)構(gòu)多點(diǎn)地震激勵(lì)下的地震響應(yīng)分析。項(xiàng)目針對隔震空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)超長、大跨的特點(diǎn)，基于理論分析與振動(dòng)臺模型試驗(yàn)，確定了多點(diǎn)地震激勵(lì)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析方法，研究隔震網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和地震響應(yīng)特征。理論方面，針對隔震結(jié)構(gòu)的非線性問題，重點(diǎn)解決結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程中的支座變剛度與非比例阻尼問題，提出剛度和阻尼等效準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力方程的直接求解，并進(jìn)行算法研究，編制相應(yīng)的計(jì)算程序。試驗(yàn)研究方面，基于振動(dòng)臺臺陣模型試驗(yàn)，研究隔震網(wǎng)格結(jié)構(gòu)多點(diǎn)地震輸入下的動(dòng)力特性和響應(yīng)特征，重點(diǎn)考察地震動(dòng)激勵(lì)、支座的剛度和阻尼變化對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，并驗(yàn)證理論模型的合理性。最后基于理論分析與試驗(yàn)研究，利用數(shù)值模擬進(jìn)行參數(shù)分析，建立多點(diǎn)地震激勵(lì)下隔震網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的實(shí)用分析方法。 2100433B