鋁合金結(jié)構(gòu)連接靜力強(qiáng)度的理論和試驗(yàn)研究.pdf

1、鋁合金具有輕質(zhì)、美觀、易加工、耐腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn)，不僅常用于玻璃幕墻、門窗等圍護(hù)結(jié)構(gòu)，還可作為結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件直接承受荷載，近四十年來，在土木工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，鋁合金結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)也取得了一定程度的應(yīng)用和發(fā)展，但由于國(guó)內(nèi)還沒有相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，因而制約了這種結(jié)構(gòu)形式在我國(guó)的進(jìn)一步推廣。規(guī)范的制定需要通過理論分析和試驗(yàn)研究來解決很多問題，連接計(jì)算是其中的一個(gè)重要內(nèi)容。因此，本文結(jié)合我國(guó)鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范編制的需要，對(duì)鋁合金

2、結(jié)構(gòu)連接的靜力強(qiáng)度進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析和試驗(yàn)研究。本文首先對(duì)鋁合金材料本構(gòu)模型進(jìn)行了理論研究，針對(duì)鋁合金與鋼材不同的特點(diǎn)，指出在實(shí)際應(yīng)用中，可對(duì)鋁合金材料的應(yīng)力一應(yīng)變曲線分段理想化。通過本文數(shù)值分析同試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了考慮材料應(yīng)變硬化效應(yīng)的三折線模型能夠準(zhǔn)確地模擬出鋁合金材料的力學(xué)性能。本文對(duì)鋁合金結(jié)構(gòu)焊接熱影響區(qū)的強(qiáng)度降低現(xiàn)象進(jìn)行了系統(tǒng)完善的理論分析和試驗(yàn)研究。首先明確區(qū)分并提出了在焊縫連接計(jì)算和焊接構(gòu)件承載力計(jì)算中考

3、慮熱影響區(qū)強(qiáng)度降低的兩種不同方法。然后通過鋁合金對(duì)接焊縫連接的大量試驗(yàn)確定了焊接熱影響區(qū)強(qiáng)度降低曲線的形狀，分析得出了臨界失效面距焊縫中心及焊縫邊緣的距離，并得出了焊接熱影響區(qū)的范圍。最后推導(dǎo)了折算強(qiáng)度區(qū)的計(jì)算公式，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出折算強(qiáng)度區(qū)的范圍。本文試驗(yàn)還分析了焊件厚度、焊絲型號(hào)、焊接工藝等焊接參數(shù)對(duì)焊縫強(qiáng)度、臨界失效面強(qiáng)度折減系數(shù)、焊接熱影響區(qū)及折算強(qiáng)度區(qū)范圍的影響。本文以上研究成果在國(guó)內(nèi)均為首次得出，為規(guī)范相關(guān)條

4、文制定提供了重要依據(jù)。本文分析并總結(jié)了鋁合金角焊縫連接靜力強(qiáng)度計(jì)算的 3 種方法，并對(duì)目前國(guó)際上通用的角焊縫強(qiáng)度計(jì)算β公式進(jìn)行了驗(yàn)證性試驗(yàn)研究。試驗(yàn)研究結(jié)果表明：角焊縫的破壞基本發(fā)生在45°焊喉截面，正面角焊縫強(qiáng)度約為側(cè)面角焊縫強(qiáng)度的1.24倍。以上試驗(yàn)結(jié)果在國(guó)內(nèi)為首次得出，由試驗(yàn)研究可得角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值可取同種焊絲材料對(duì)接焊縫抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的0.57倍。試驗(yàn)研究驗(yàn)證了β公式的正確性，表明鋁合金結(jié)構(gòu)角焊縫計(jì)算可采用與鋼結(jié)

5、構(gòu)相同的方法。本文分析并總結(jié)了鋁合金結(jié)構(gòu)緊固件連接的靜力強(qiáng)度計(jì)算公式，推導(dǎo)得出了受拉螺栓連接中螺栓頭及螺母下連接件抗沖切承載力計(jì)算公式。本文對(duì)鋁合金雙蓋板軸心受剪螺栓群的承載性能進(jìn)行了系統(tǒng)完善的理論分析和試驗(yàn)研究。試驗(yàn)研究結(jié)果表明：鋁合金軸心受剪螺栓群的接頭越長(zhǎng)、連接板凈截面面積與栓桿總受剪面積的比值越小，螺栓剪力分配不均勻的程度就越大；試驗(yàn)得到的節(jié)點(diǎn)承載力折減系數(shù)高于歐洲鋁合金規(guī)范和我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的計(jì)算值。以上試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)

6、證了對(duì)于鋁合金軸心受剪螺栓群，采用與鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范相同的計(jì)算公式可確保連接設(shè)計(jì)的安全。本文對(duì)鋁合金結(jié)構(gòu)雙 T 形軸心受拉螺栓群連接中的撬力現(xiàn)象進(jìn)行了系統(tǒng)完善的理論分析、試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬。試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬結(jié)果表明：在本文試驗(yàn)的極端情況下，撬力的不利影響最高可對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力產(chǎn)生高達(dá)65%的折減；按照歐洲鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范公式計(jì)算得出的試件極限承載力，同試驗(yàn)及數(shù)值分析結(jié)果相當(dāng)吻合。以上研究結(jié)果表明：在鋁合金受拉螺栓群設(shè)計(jì)中必須考慮撬力的不利

7、影響，對(duì)鋁合金雙 T形軸心受拉螺栓群的承載力計(jì)算可采用歐洲鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的公式，計(jì)算結(jié)果足夠精確又可保證連接設(shè)計(jì)的安全。本文的研究適應(yīng)了鋁合金結(jié)構(gòu)在我國(guó)應(yīng)用日益廣泛的現(xiàn)實(shí)需求，研究?jī)?nèi)容是鋁合金結(jié)構(gòu)計(jì)算中極為重要的一個(gè)方面，所得研究成果為鋁合金結(jié)構(gòu)在我國(guó)的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用提供了理論依據(jù)和計(jì)算方法。本文部分研究成果已被納入到我國(guó)第一部鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中。關(guān)鍵詞：鋁合金結(jié)構(gòu)，焊縫連接，緊固件連接，靜力強(qiáng)度，理論分析，試驗(yàn)研究，數(shù)值