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铸钢件力学性能试验研究及铸钢塔结构分析

杨渊  
【摘要】:铸钢材料以其良好的力学性能和适用性,主要以铸钢节点的形式在建筑工程中得到广泛应用,伴随着这种发展,我国已经有铸钢结构建成。由于铸钢结构在国内的工程应用不多,相关研究很少,在分析、设计和施工方面遇到一些亟待解决的课题,包括铸钢结构的基本单元-铸钢件的力学性能,铸钢材料的不均匀性对铸钢件和铸钢结构的影响,铸钢结构在施工过程中的力学性能,铸钢结构的设计方法等,这些课题解决与否直接影响到铸钢结构的推广和应用。本文主要围绕上述问题,以国内已有的两座铸钢塔结构为背景,采用数值模拟分析与试验研究相结合的方法,开展了系统的分析研究,取得了一些具有科学意义和工程应用价值的研究成果。分析归纳建筑工程中可以使用的铸钢牌号的化学成分和力学性能,按照现有的铸钢材料性能分项系数,得出了这些牌号铸钢的设计指标,满足现有工程应用;针对铸钢塔结构的基本单元-一种包含构件和节点在内的空间曲线铸钢件,通过足尺模型的验证性试验和破坏性试验与有限元数值模拟,系统研究了空间曲线铸钢件的力学性能,揭示了其受力特性、承载能力和破坏模式,全面验证了空间曲线铸钢件的安全性和可靠性;通过概率理论和有限元数值模拟,建立了考虑铸钢材料不均匀性的随机有限元模型,结合理想有限元模型结果和试验结果,分析了铸钢材料不均匀性对铸钢件力学性能的影响,揭示了材料不均匀性对铸钢件应变分布和极限承载力的影响规律;通过概率理论和有限元数值模拟,建立了铸钢塔结构考虑铸钢材料不均匀性的随机有限元模型,分析了铸钢材料不均匀性对铸钢塔结构力学性能的影响,揭示了材料不均匀性对铸钢塔结构应力应变分布和动力性能的影响规律;通过有限元数值模拟和实时监测,建立理想施工模型和考虑实际施工偏差的施工模型,研究了铸钢塔结构施工过程中的力学性能,揭示了施工方案和施工偏差对结构静力性能的影响规律以及铸钢塔在施工阶段的实际力学特性;结合铸钢构件设计和铸钢节点设计,得到了铸钢结构的分析和设计方法,并对铸钢件的加固进行了研究,形成一套铸钢结构的设计方法。为《铸钢结构技术规程》JGJ的编制工作提供了参考,也为未来铸钢结构的推广应用提供了技术依据。


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