负载下焊接加固工形截面轴压和受弯钢构件受力性能研究

摘要

负载下焊接加固钢构件的方法在各类建筑结构的加固工程中已得到广泛应用，且是增大截面加固钢构件方法中应用最为普遍的方法之一。然而关于该加固方法的研究极为欠缺，相应的加固规范非常陈旧且存在诸多问题，这对于用该加固方法越来越多的加固工程缺乏足够的理论依据。因此，深入开展负载下焊接加固钢构件受力性能的研究具有非常重要的理论意义和工程应用价值。
　　为了研究负载下焊接加固钢构件的受力性能，并对存在问题的现有设计方法提出改进建议，本文以试验研究为基础，辅以有限元分析手段，展开了对焊接加固过程中的位移响应和截面应变变化，以及负载大小对加固后构件极限承载力的影响的系统研究。主要完成了以下几方面的工作：（1）采用在翼缘外侧对称贴焊钢板的加固方法对三个不同初始轴压力下的钢柱进行了负载下的焊接加固受力性能和加固后承载能力的试验研究；（2）对跨中作用集中荷载的受弯钢梁进行了三个不同初始负载下的焊接加固受力性能和加固后承载能力的试验研究，采用的加固方式为上下翼缘外侧贴焊钢板；（3）基于试验结果，采用了不考虑热影响的有限元方法和间接热—结构耦合有限元方法建立试验的有限元模型，比较有限元分析结果和试验结果，以验证有限元模型的有效性和准确性；（4）基于试验和有限元结果，与加固规范设计结果对比，提出对现有加固设计方法的修订建议。
　　研究得出的主要结论有：（1）负载下焊接加固后钢构件的极限承载力受初始负载大小、几何初始缺陷和破坏模式的影响，初始负载越大，承载力降低越多，几何初始缺陷越小时，初始负载对承载力影响越小；（2）负载下的焊接加固过程会使得钢梁跨中挠度和侧向位移以及钢柱的竖向压缩变形和弯曲面外位移增大，产生焊接残余变形，焊接加固过程会产生钢构件截面的应力重分布；（3）运用有限元模型分析的结果同试验结果吻合良好，采用的间接热-结构耦合的有限元模型模拟负载下焊接加固钢构件的受力性能具有一定的可行性；（4）现形加固规范计算焊接残余挠度的方法过于保守，有待改善。建议对于跨高比较小的，或具有较强侧向支撑的不发生整体失稳的钢梁，在满足应力比条件下，可按等同新构件的设计方法进行计算；对于初始应力比不大于0.2的焊接加固钢柱，可直接按等同新构件的设计方法计算；对其他轴心受力钢柱在负载下焊接加固后的承载力，建议采用YB9257-96的方法计算。

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1 绪论

1.1问题提出

1.2选题背景及意义

1.3负载下焊接加固钢构件的工程应用

1.4国内外负载下焊接加固钢构件设计方法

1.5负载下焊接加固钢构件的研究现状

1.6本文研究内容及方法

2 负载下焊接加固工形截面轴压钢柱的受力性能试验研究

2.1试验概况

2.2加载和加固施焊方案

2.3试验结果及分析

2.4本章小结

3 负载下焊接加固工形截面受弯钢梁的受力性能试验研究

3.1试验概况

3.2加载和加固施焊方案

3.3试验结果及分析

3.4本章小结

4 负载下焊接加固工形截面钢构件的受力性能有限元分析

4.1有限元分析方法

4.2负载下焊接加固钢柱试验不考虑热影响的有限元分析

4.3负载下焊接加固钢柱试验含热影响的有限元分析

4.4钢梁负载下焊接加固试验不考虑热影响的有限元分析

4.5钢梁负载下焊接加固试验含热影响的有限元分析

4.6本章小结

5 负载下焊接加固工形截面钢构件设计方法分析

5.1负载下焊接加固钢梁的焊接残余挠度

5.2钢构件负载下焊接加固的设计方法建议

5.3本章小结

6 结论与展望

6.1本文主要结论

6.2展望

致谢

参考文献

附 录