既有轻钢结构基于检测及多尺度有限元模拟的结构性能评估研究

探讨针对既有轻钢结构中钢材现场强度检测方法的一些技术问题，包括通过试验分析研究钢材厚度、钢材内部应力、钢材化学成分等因素对表面硬度的影响，以及利用数理统计的方法研究表面硬度和钢材强度之间的关系。.探讨建立既有轻钢结构以结构性能状态评估为目标的结构整体尺度、构件尺度和局部细节尺度的结构多尺度有限元模型过程中的一些关键问题。包括：建模过程中不同尺度有限元模型衔接；多尺度模型修正理论和模型验证方法研究；以实际检测数据为依据从结构的静力响应、动力特性等方面来验证结构多尺度有限元模型的有效性；局部细节处的损伤对结构多尺度模型响应的影响；含局部损伤的结构多尺度模型分析。以实际轻钢结构工程为背景来具体说明基于结构现场检测及同时考虑结构整体和局部细节特性的结构行为一致多尺度模拟方法实现实际工程结构性能评估。

本项目主要工作及研究成果有：.1、研究了现场多种因素影响下钢结构构件表面硬度测试方法，包括通过试验分析研究钢材厚度、钢材表面粗糙度、钢材内部应力、钢材不同焊接条件影响等因素对表面硬度的影响。研究了钢材里氏硬度化学分析综合法检测钢材母材及焊缝抗拉强度现场无损检测方法。利用数理统计方法建立钢材表面硬度和强度之间的关系。实现了利用现场检测的钢材表面硬度推算钢材母材及焊缝的抗拉强度。.2、以实际轻钢结构厂房的一榀刚架为研究对象，成功解决了轻钢结构多尺度有限元模型中不同尺度单元之间的衔接并研究确定了不同单元间的连接影响范围；实现了在多尺度模型局部细节部位预设裂纹及焊缝缺陷，利用多尺度模型对结构性能进行承载能力等状态评估；利用建立的多尺度模型分析局部细节的裂纹及焊缝对结构响应的影响，从而实现对既有钢结构的性能评估。.3、以一实际轻钢结构厂房为实际工程背景，来具体说明基于结构现场检测及同时考虑结构整体和局部细节特性的结构多尺度模拟方法来实现对实际工程结构性能的评估。包括：现场对实际既有轻钢结构厂房进行厂房结构体系、构造连接、整体性、钢材强度、变形、损伤、动力特性等项目的检测；利用检测数据对所建立的多尺度模型进行修正和验证；利用所建立的含局部裂纹和焊缝缺陷的多尺度有限元模型进行结构性能评估研究。