橋梁結(jié)構(gòu)鋼材滯回本構(gòu)模型改進(jìn)及其應(yīng)用研究.pdf

1、鋼橋結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)的有限元計(jì)算精度往往取決于采用的材料非線性滯回本構(gòu)模型是否合理。目前，國內(nèi)外現(xiàn)行鋼橋設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于鋼材本構(gòu)模型的規(guī)定尚不完備，本構(gòu)關(guān)系的選取問題在鋼橋抗震研究領(lǐng)域未得到應(yīng)有的重視。由于既有高精度鋼材本構(gòu)模型在復(fù)雜荷載作用下的計(jì)算精度并未得到明確，限制了其在復(fù)雜鋼橋地震反應(yīng)分析中的應(yīng)用。為此，本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于震后性能要求的復(fù)雜鋼橋抗震設(shè)計(jì)方法研究(51378460)”中的關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)鋼材彈塑性本構(gòu)關(guān)系

2、的研究，對(duì)鋼材修正雙曲面滯回本構(gòu)模型進(jìn)行了改進(jìn)，使之適用于地震等復(fù)雜應(yīng)變歷史，并在此基礎(chǔ)上探討了材料本構(gòu)模型對(duì)鋼拱橋抗震性能評(píng)估的影響。論文的主要工作及研究結(jié)論包括以下幾個(gè)方面:
　　1.從滯回性能和低周疲勞性能兩方面討論了材料本構(gòu)模型對(duì)鋼橋構(gòu)件在循環(huán)荷載下極限狀態(tài)預(yù)測的影響。結(jié)果顯示，材料本構(gòu)對(duì)鋼橋構(gòu)件的滯回性能和低周疲勞斷裂預(yù)測結(jié)果的影響均較為顯著，常用的雙折線隨動(dòng)強(qiáng)化模型難以提供準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。使用高精度的材料滯回本構(gòu)模型對(duì)

3、保證鋼橋滯回反應(yīng)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。
　　2.針對(duì)鋼材在包含小幅循環(huán)的復(fù)雜應(yīng)變歷史下的滯回特性，通過改進(jìn)既有修正雙曲面模型的應(yīng)力-應(yīng)變路徑的判斷準(zhǔn)則，對(duì)鋼材修正雙曲面本構(gòu)模型進(jìn)行了再修正，給出了單軸應(yīng)力狀態(tài)和三維應(yīng)力狀態(tài)下的修正方法，并從材料和結(jié)構(gòu)兩個(gè)層面驗(yàn)證了改進(jìn)的雙曲面模型的準(zhǔn)確性和適用性。
　　3.通過循環(huán)加載試驗(yàn)測定了適用于我國橋梁結(jié)構(gòu)鋼材的修正雙曲面模型參數(shù)，比較了Q345鋼材與國外同級(jí)別鋼材滯回性能的異同，

4、并進(jìn)一步驗(yàn)證本文提出的改進(jìn)的雙曲面模型的合理性。
　　4.針對(duì)鋼材在低周疲勞荷載下的抗拉承載能力退化現(xiàn)象，根據(jù)結(jié)構(gòu)鋼材的低周疲勞試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)修正雙曲面模型進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。改進(jìn)后的模型能夠較好地考慮材料在進(jìn)入破壞階段之前的抗拉承載能力退化效應(yīng)，提高了應(yīng)力和滯回耗能預(yù)測精度。
　　5.以大跨上承式和中承式鋼拱橋?yàn)楸尘?，分別采用改進(jìn)前后的雙曲面模型以及雙折線隨動(dòng)強(qiáng)化模型對(duì)兩座鋼拱橋進(jìn)行強(qiáng)震作用下的彈塑性地震時(shí)程反應(yīng)分析。結(jié)果表明，