钢结构延性断裂评价分析方法综述.pdf

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1、2017年1月建材与装饰规划与设计钢结构延性断裂评价分析方法综述黄世怡（广东省建科建筑设计院有限公司广东广州510500）摘要：钢结构在强震过程中可能发生的延性断裂破坏问题已经在多次地震过程中得到印证，因而引起了国内外学者的广泛关注。本文总结了钢结构的延性断裂特点，并对目前常用的三种方法从材料层次到构件层次进行了总结和比较。关键词：钢结构；延性断裂；评价分析方法中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：1673-0038（2017）04-0085-021前言国洛杉矶大地震和1995年的日本神户大地震中，延性断裂问题钢结构作为目前国内外土木工程领域内常用的结构形式之就已成为城市建筑和桥梁钢

2、结构的主要破坏形式之一。地震和一，它的破坏形式主要有两种：一种是薄壁结构的局部屈曲破实验室试验的实例（见图2）表明，延性断裂对于厚壁构件来说，坏，一种是厚壁结构的延性断裂破坏，详见图1。为了提高钢结构已经成为其极限承载能力的最主要控制因素，延性断裂容易发的抗震性能，厚壁构件得到了越来越广泛的应用，因此，延性断生在几何或材料不连续导致的塑性应变以及应力三轴度集中区裂问题已经成为目前钢结构（尤其是厚壁钢结构）防震减灾领域域，例如：焊接节点，螺栓连接的开孔截面等位置。在大震来临的热点研究问题之一。时，焊接钢构件的往复延性断裂破坏往往呈现出以下特点（详见厚壁钢结构节点一般采用的是焊缝连接，焊缝位置既

3、存在几图3）：何不连续，也存在材料不连续（焊接钢材可分为母材，焊缝以及热影响区）。一旦地震发生，焊接钢材往往容易发生极低周疲劳作用（极低周疲劳是指破坏循环次数少于100次的大应变疲劳破坏）下的延性断裂破坏，最终导致整个结构破坏。尽管焊接钢构件已经在钢结构中占有重要地位，但是目前还没有一个统一的能够高效准确地模拟其延性断裂问题的方法。主要原因有二：第一是焊缝细节难以模拟准确；另外就是，至今还没有一个精确的延性断裂数值模型。因此，研发出一套能够准确高效地模拟焊接钢结构极低周疲劳作用下往复延性断裂问题的评价分析方法已经成为工程结构抗震领域内的重要课题之一，对高效预测地图3某焊接钢构件在单边渐增往复

4、荷载作用下的力-位移滞回曲线震损伤具有重要的现实意义。钢材杂质孔洞成核孔洞扩张孔洞之间颈缩孔洞连通图4钢材的微观塑性损伤理论（1）延性裂缝的起裂一般先于构件局部屈曲，或几乎同时发生；（2）延性裂缝起裂到构件达到最大承载能力，具有一段时间的延迟；图1钢结构的破坏形式（3）延性裂缝扩展到一定程度以后，构件承载能力才会出现急剧下降；（4）延性裂缝扩展速度和扩展截面内的应力应变状态分布是否相对均匀具有重要关系；（5）任何形式上的几何不连续（例如：缺口、孔洞、转角或突起）都会引起应力应变集中，从而导致延性裂缝产生。从以上破坏特点，我们可以发现，无论是延性裂缝的起裂还（a）地震中钢柱的延性断裂（b）实验

5、室中构件的延性断裂是扩展，直到构件最终破坏，高效准确地实现极低周疲劳作用下图2延性断裂工程和实验室实例的全过程分析是非常必要的。国内外学者针对焊接钢结构的延2延性断裂破坏的特点性断裂问题，进行了材料层次和构件层次的试验和理论研究。延性断裂问题早在20世纪就出现了工程实例。1994年的美·85·规划与设计建材与装饰2017年1月3延性断裂在材料层次的研究进展广泛的应用。第一种方法运用起来非常简便，模型也相对简单；钢材的延性断裂从微观角度看，是一个多步骤的过程，它包但是，往复荷载次数增加以后，由于忽略了疲劳所带来的损伤，括细微孔洞的成核，扩张以及细微孔洞的连通，最终形成肉眼可因此存在对延性裂缝起

6、裂时刻预测过晚的风险。第二种方法目前运用的十分普及[2~6]，也得到了比较广泛的肯定。但是这类方法见的裂缝，详见图4。没有孔洞的金属基体是致密的，最初的细微孔洞形成往往是在金属夹杂物的边缘处，这里容易出现连接相没有和材料塑性过程进行耦合，因此，损伤判断和材料塑性非线对松散的组织，第一步中的孔洞就是在这些地方形成的。第二步性计算是两个互相独立的过程，同时它也只是在塑性阶段静态是细微孔洞的扩张。细微孔洞的扩张主要是由金属基体的应力地考虑应力三轴度集中效应，分析过程相对繁琐。这种方法仅仅状态和应变状态所决定。当应力三轴度大于0.7~0.8时，以往试能够判断延性裂缝的起裂，无法对延性裂缝的扩张以及最

7、后破验表明：材料的延性断裂性能会随着应力三轴度的增加而大幅坏进行全面而准确的预测，无法实现全过程分析；而且，这种方度下降。第三步就是细微孔洞之间的颈缩和孔洞连通。这个过程法对往复荷载过程中拉压过程的处理方式也缺乏足够的实验数有可能是稳定的，也有可能是不稳定的。如果细微孔洞的大小相据支撑。第三种方法基于传统的疲劳理论，是研究金属疲劳的学近，那么整个的连通过程也是相对稳定的。但是如果细微孔洞的者们经常采用的方法。