民用建筑地下室结构设计要点研究

随着城市化进程的不断加快,城市人口逐渐增多,有限的土地面积无法满足大量人口日常生活的需求。建筑物建造的高度与深度不断提高,地下车库的建设如火如荼,但目前查阅的民用建筑地下室结构设计的相关论文或者书籍、规范等,暂未发现详尽的、系统的、实战型的设计指导文件,存在还需要进一步完善和研究的地方。结合以往的工程设计经验和对规范、标准的深入研究,总结提炼了全面详尽的地下室结构设计的要点。分别从地勘报告的评断、抗浮水位的判断、抗浮设计、抗震等级、地下室楼盖结构形式、地下室柱网、地下室梁高、地下室板厚、混凝土等级等核心因素进行深入研究。从地下室结构设计的核心要素进行全面系统的研究,可作为设计企业在地下室结构设计方面系统化、统一化、完整化的实战型参考资料。

X70钢临界CTOD值ANSYS计算

随着海洋工程的发展,探索海洋油气的项目增多,天然气、石油的输送工程也日渐发展起来。UOE生产工艺下的高强X70钢被广泛运用到油气输运工程中,然后强度越高的钢其断裂韧度越低,需对这种高强钢的断裂韧度值进行确定。材料断裂韧度大小可以用临界裂纹尖端张开位移CTOD(crack tipopening displacement)来度量。临界CTOD是弹塑性断裂力学中重要的参数,其大小直接反映了裂纹尖端材料抵抗开裂的能力,临界CTOD值越大表示材料抗开裂性能越好,反之抗开裂性能越差,确定临界CTOD值意义重大。首先依据BS7448规范对X70钢断裂韧度临界CTOD值进行了测试,然后利用Ansys软件从CTOD定义出发对X70钢临界CTOD进行了计算,实现了试验与模拟的对比分析,可供压力容器和管道生产和结构安全性评估企业借鉴。

由裂纹尖端张开位移设计曲线确定X70钢裂纹长度临界值

裂纹长度临界值一直是结构安全性评估的重要指标,确定裂纹长度临界值的传统方法限于线弹性阶段且不适用于力学性能不均匀的焊接接头。在考虑焊接残余应力的情况下,使用有限元软件ANSYS计算出焊接残余应力的数值,依据英国BS 7448规范对X70钢断裂韧度裂纹尖端张开位移(CTOD)值进行测试,进而根据英国PD6493规范导出的CTOD设计曲线,对X70钢在ASME规范的设计应力下贯穿裂纹长度临界值进行确定。这种方法适用于弹塑性情况及力学性能不均匀的焊接接头。CTOD设计曲线在X70钢贯穿裂纹长度临界值中的应用科学严谨,兼顾了安全性与经济性,可供压力容器、管道生产和结构安全性评估时借鉴。

EQ70钢CTOD断裂韧度评估及允许值确定

采用传统方法评定EQ70钢断裂韧度CTOD值是否优良时,通常将基于英国BS7448规范测试的CTOD断裂韧度最小值与CTOD允许值δmin进行比较,当EQ70钢CTOD断裂韧度最小值大于CTOD允许值δmin时,则EQ70钢的CTOD断裂韧度优良,此方法局限于能够查阅到EQ70钢的CTOD允许值δmin,但国内外规范中很少对CTOD允许值δmin做明确规定。基于英国BS7910《金属结构缺陷可接受性评定方法指南》的失效评定曲线对EQ70钢的断裂韧度CTOD合格性进行评定,能够克服传统方法的不足。同时依据BS7910规范还可以推导出EQ70钢CTOD允许值δmin,比传统的工程方法 "母材参考法"和"类比法"具有优越性。

X80钢CTOD有限元计算及断裂韧度评估

针对钢结构在外力作用下由于自身材料断裂韧度不足引起的断裂事故,按照Wells提出的CTOD断裂判据,建立X80钢薄板在受外载作用下的力学模型,并对其断裂韧度的安全性进行了评估。在裂纹体受载后,对原裂纹尖端垂直于裂纹方向的裂纹尖端张开位移δ进行了有限元计算,提出了K-δ方法、COD-δ方法和J-δ方法等有限元计算方法,且与断裂力学理论计算的δ结果误差极小。同时对X80钢断裂韧度按照BS 7448规范进行了测试,裂纹尖端张开位移的有限元计算方法和断裂韧度测试结果可供企业和科研院所参考。

试样厚度与CTOD临界值的拟合关系式

为研究试样厚度对其裂纹尖端张开位移(CTOD)临界值的影响,通过巴林布特拉吸附力理论建立了CTOD临界值(δ)与试样厚度(t)的表达式,通过最小二乘法拟合得到了δ与t的关系式,并应用16MnNbp钢在CTOD试验中得到的数据进行了验证。结果表明:16MnNbp钢CTOD临界值(δ)的拟合公式为δ=0.05te-0.03t0.125+0.16(1-e-0.03t0.125),其与试验所得数据吻合较好。