铝合金结构构件的设计公式及其可靠度研究

对国产铝合金结构进行了一系列试验,包括42个材料拉伸试验、63个轴压构件试验、14个受弯构件试验和45个偏压构件试验;搜集整理了国内已有的试验结果,初步建立起铝合金结构的试验数据库。数据库中包括53条本构关系曲线、205个轴压构件试验点、38个受弯构件试验点和57个偏压构件试验点。采用有限单元法对铝合金结构构件进行了大规模的数值计算,得到了252条轴压构件失稳的稳定系数-正则化长细比曲线、480条弯曲构件弯扭失稳的整体稳定系数-正则化长细比曲线和1920条偏压构件弯曲失稳的相关曲线;并根据数值计算结果拟合出了各类构件的计算公式。最后以试验数据为基础对铝合金结构构件进行了可靠度分析,得出了国产铝合金材料的抗力分项系数,建议了其强度设计值。     

铝合金轴心受压构件理论和试验研究

进行了63件国产6061-T6铝合金挤压型材的轴心受压构件试验,搜集到了142个已有同类试验数据。通过对国产铝合金轴心受压构件的大规模数值计算,得到了252条柱子曲线,据此将铝合金轴心压杆按不同材料类型分为两类,并建议了2条柱子曲线用于计算铝合金轴心压杆的稳定系数。最后,将本文的建议曲线和试验数据以及各国规范进行了比较。结果表明:有效试验点以建议曲线为中线基本均匀分布于建议曲线的两侧,建议曲线和欧洲规范EC9比较接近。本文的建议公式能够用于计算铝合金轴心压杆的稳定系数。     

铝合金偏心受压构件理论和试验研究

进行了45个国产6061-T6铝合金挤压型材的偏心受压构件试验,搜集到了12个已有同类试验数据。通过对国产铝合金偏心受压构件进行大规模数值计算,得到了1920条偏压构件弯曲失稳的相关曲线。在此基础上,将常用截面类型分为了三类,并拟合出了计算三类截面偏压构件弯曲失稳的精确相关公式,同时也拟合出了适用于所有截面类型的下限相关公式。最后,将拟合公式和试验数据进行了比较。结果表明:所有试验点均高于下限相关曲线,而和精确相关曲线十分接近。因此,本文提出的公式能够用于计算铝合金偏心受压构件的弯曲失稳极限承载力。     

轴压冷弯薄壁卷边角钢稳定系数研究

引用国外的试验结果,根据规范中轴心受压构件稳定承载力计算公式,反算出冷弯薄壁卷边角钢稳定性系数,得出φ--λ曲线,并利用数值方法拟合出一组计算公式。通过理论分析比较,建议的公式是简洁的、合理的。     

采用GB 50018—2002计算壁厚小于2 mm的受弯构件承载力的适用性分析

对各国已有的壁厚小于2 mm的冷弯薄壁型钢梁受弯性能试验中的86根槽形、40根Z形、6根帽形和6根工字形冷弯薄壁型钢梁的试验资料进行总结。采用中国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018—2002）第5.3节中受弯构件的相关规定计算各构件的极限弯矩,将计算结果与试验结果进行比较。结果表明:按中国规范GB 50018—2002规定计算壁厚小于2 mm的冷弯薄壁型钢受弯构件承载力是可行的,试验值均大于规范理论计算值,规范理论计算值偏于安全。     

铝合金梁弯扭稳定系数的试验研究及数值分析

本文依托国家标准《铝合金结构设计规范》编制研究项目,采用数值分析与试验相结合的手段研究了铝合金梁弯扭稳定系数的计算问题。首先根据铝合金材料的Ramberg-Osgood本构关系,近似地将梁屈曲时截面边缘纤维的切线模量应用于全截面,由此得出无缺陷铝合金梁弯扭稳定系数的计算式;接着采用有限元数值模拟技术,应用壳板单元结合材料的随动强化模型,并同时考虑构件的初始缺陷,对强硬化和弱硬化合金分别拟合出Perry-Robertson形式的铝合金梁弹塑性弯扭屈曲稳定系数计算公式;最后,针对梁弯扭屈曲时侧向扭转的特点,合理设计了一套试验装置,并进行了铝合金拉伸力学性能的测定和10根跨中受集中力作用的简支工字梁弯扭屈曲承载力的测定,通过与试验结果的比较,验证了拟合公式的正确性。     

基于数据库的连续深受弯构件受剪承载力研究

为评估中、美规范计算方法对连续深受弯构件受剪承载力预测的安全性,通过搜集和筛选国内外文献中的试验研究成果,建立了钢筋混凝土连续深受弯构件受剪试验数据库。对美国规范ACI 318-2011采用的拉压杆模型（STM）计算方法以及GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》中深受弯构件受剪承载力计算公式进行了分析。在此基础上,利用所建立的数据库对中、美两国规范中的计算方法进行评估。结果表明：两规范的计算结果均高估了连续深受弯构件的受剪承载力;对于中国规范中深受弯构件的受剪承载力计算公式,建议将其剪跨比λ的上限值取3.00,下限值取0.25,可以使其偏安全地用于连续深受弯构件计算;对于美国规范中所采用的STM,则可通过调整压杆混凝土有效系数,提高其安全度。     

高强钢压弯和受弯构件计算模式不定性研究

介绍了《高强钢设计规程》(征求意见稿)中关于压弯构件和受弯构件计算的相关条款,并与我国现行GB 50017—2003《钢结构设计规范》进行了比较。收集了目前高强钢压弯构件、受弯构件的试验,对试验进行了有限元模拟。在此基础上,应用有限元模型对高强钢焊接截面880组压弯构件、460组受弯构件的极限承载力进行了计算。将极限承载力的有限元计算结果和规范公式的计算值进行了比较,对高强钢焊接截面压弯构件和受弯构件的计算模式不定性做了数理统计分析,得到了高强钢压弯和受弯构件计算模式不定性的统计参数,为下一步提出高强度钢材材料设计指标提供了依据。     

不锈钢圆管受弯构件试验研究现状及规范对比分析

为了研究不锈钢圆管受弯构件的承载能力,进行了国外3本不锈钢结构技术规范的对比,包括:欧洲不锈钢规范(EN1993-1-4:2006)、美国冷成型不锈钢设计规范(SEI/ASCE 8-02)、澳大利亚/新西兰不锈钢设计规范(AS/NZS 4673-2001),同时简要地介绍了5本国外相关钢结构设计规范中圆管受弯承载力的设计方法;搜集了国内外学者进行的11根不锈钢圆管构件的受弯试验数据,其中包括4根奥氏体304圆管、3根奥氏体316L圆管和4根双相体2205圆管构件;采用国内外相关的8本规范中圆管受弯承载力设计公式对搜集到的试验数据进行了计算,结果表明:总体上采用各规范计算得到的圆管抗弯承载力均偏于保守,其中美国钢结构设计规范(ANSI/AISC 360-05)的计算结果与试验数据吻合最好。为我国《不锈钢结构设计规范》中圆管抗弯承载力的设计给出建议。     

钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算方法的比较

对国内外规范采用的裂缝宽度计算公式进行了比较分析。此外,根据国内外大量的受弯构件裂缝宽度试验数据,对这些裂缝宽度计算公式的精度进行了计算和比较研究。基于对比分析结果,结合大量的受弯构件裂缝宽度试验数据,对采用GB50010—2002《混凝土结构设计规范》的裂缝宽度计算模式,建议了受弯构件钢筋水平位置处及受拉表面裂缝宽度计算公式,该公式的计算结果与试验数据吻合较好。     

国产结构用铝合金材料本构关系及物理力学性能研究

通过对本文完成的42个国产结构用6061-T6铝合金拉伸试样拉伸试验的实测应力-应变曲线,以及从其他文献搜集到的同类材料11条应力-应变试验曲线的分析,表明国产结构用6061-T6铝合金的本构关系基本服从Ramberg-Osgood模型和SteinHardt建议。同时,还搜集了1092个国产结构用6061-T6铝合金材料的物理力学性能试验数据,包括规定非比例延伸强度f0.2、抗拉强度fu和弹性模量E。统计分析表明,这些参数均服从正态分布。最后,根据《建筑结构可靠度统一设计规范》,对国产结构用6061-T6铝合金材料的f0.2和E的标准值提出了建议,可供相关设计标准参考。     

Experiment on aluminum alloy members under axial compression

To improve the design methods of Chinese aluminum alloy members, experiment of 63 profiled aluminum alloy members, made of Chinese aluminum alloy 6061-T6, under axial compression is conducted in this paper. Valuable experimental data are obtained. At the same time, in order to obtain the relevant data, a large number of other experimental data from published papers and technical reports are collected and sorted out. 167 valid experimental data points are obtained finally. Furthermore, for the purpose of creating column curves, the aluminum alloy members under the axial compression, used in experiments, are analyzed by means of FEM. Based on the numerical results, 2 column curves are created by means of the numerical fitting method. The column curves are compared with the calculated data according to the experimental results for verification, and also are verified with the curves in design codes of several relevant countries. The numerical results show that the column curves obtained in this paper are valid and reliable.     

铝合金受弯构件整体稳定性的试验研究

通过试验研究工字型铝合金挤压构件在纯弯荷载作用下的整体稳定性。构件的材料包括两种:6061-T6和6063-T5,分别代表弱应变强化合金与强应变强化合金。构件截面包括双轴对称与单轴对称两种类型,构件的端部严格约束了侧向的转角。试验过程中荷载持续增加,直至达到构件承载力峰值。试验共测量了40根铝合金梁在纯弯荷载下的稳定承载力,铝合金梁的破坏形式涵盖了弹性失稳和弹塑性失稳。材性拉伸试件分别从每种材料的铝合金梁的翼缘和腹板上切取,共进行了8组试验。并且把试验结果与早期研究得到的计算方法相比较,证明了计算方法的准确性。     

铝合金结构构件可靠度分析

以试验数据为基础,对铝合金结构基本构件(包括轴压构件、受弯构件和偏压构件)进行了设计可靠度分析。分析结果表明,构件类型和荷载组合对于结构构件可靠度的影响很大;在相同荷载条件下,轴压构件的可靠指标最低,受弯构件的可靠指标最高;对于同类构件,参与组合的风荷载越大,其可靠指标越低。最后,针对国产结构用铝合金6061-T6的构件承载力设计提出了合理的抗力分项系数和设计强度建议值。采用本文建议的强度设计值,铝合金结构基本构件的设计可靠指标平均值均大于3.70,完全满足《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068—2001)的规定。     

建筑用铝合金单次及反复受火后力学性能试验研究

为评估火灾后铝合金结构性能，应采用合理的材料本构模型，为此，对建筑用6061-T6、7075-T73铝合金进行了单次和反复受火后力学性能试验（采用自然冷却和消防喷水冷却两种冷却方式）。分析了受火后铝合金应力-应变全曲线、弹性模量、屈服强度、抗拉强度以及延性等相关力学性能指标及其随受火温度的变化。试验结果表明：6061-T6铝合金在经历超过300℃高温后，其力学性能发生明显变化，而对于7075-T73铝合金，相应温度为200℃；不同冷却方式和反复升温-冷却过程对铝合金的力学性能影响较大；拟合了不同冷却方式下6061-T6、7075-T73铝合金单次及反复受火后力学性能的计算式，其结果与试验结果吻合良好。     

铝合金方形和矩形管截面开孔梁受弯性能试验

对铝合金方形和矩形管截面开孔试件进行了受弯性能试验研究,试验共计13个试件,分别进行了三点弯曲试验和四点弯曲试验;试验材料分别为国产6061-T6和6063-T5铝合金挤压型材,主要对试件的破坏模式、抗弯承载力、弯矩 曲率曲线和应变分布曲线进行了研究,探讨了铝合金方形和矩形管截面梁在2种受弯状态下孔洞参数对受弯性能的影响。结果表明:试验中所有试件都发生了受压局部屈曲破坏;对于方形管截面梁,在2种受弯状态下,当孔洞的径高比为0.3时,孔洞对试件的抗弯承载力影响较小,当孔洞的径高比为0.6时,孔洞对试件的抗弯承载力有很大程度的影响;对于矩形管截面梁,在三点弯曲状态下,随着孔洞数目的增加,试件的抗弯承载力有很大程度的降低,在四点弯曲状态下,开孔数目对抗弯承载力影响较小;方形管截面梁在2种弯曲状态下的承载力相差较小,而矩形管截面梁在三点弯曲状态下的抗弯承载力比四点弯曲状态下的抗弯承载力有明显提高。     

6082-T6高强铝合金材料本构模型试验研究

铝合金材料本构关系是铝合金结构分析和应用的基本问题之一,针对国产高强新牌号铝合金6082-T6的材料本构模型进行研究。对取自3种截面形式结构用6082-T6高强铝合金型材的90个材性试样进行了拉伸试验,统计规定非比例延伸强度、抗拉强度、弹性模量、断裂伸长率、泊松比等材料力学参数。分析Ramberg-Osgood本构模型中硬化指数-n-的各种计算方法,提出采用快速退火算法(fast simulated annealing,FSA)求解n的方法并且编制计算程序,从而获得n的置信区间,所得结果比传统两点法更稳定。在此基础上得到了国产6082-T6高强铝合金材料本构模型,与试验实测应力 应变曲线的比较表明,提出的本构模型具有很好的预测性,可为铝合金结构的工程应用提供参考。     

轻质防火保护层铝合金构件升温计算简化

由于铝合金材料的密度和比热容与钢材相比差别较大,在ISO 834标准升温条件下,铝合金构件的升温过程与钢构件存在明显差异.为了得到有轻质保护层铝合金构件的升温计算简化公式,采用增量法计算了ISO 834标准升温下的轻质保护层铝合金构件升温曲线,并对数据进行非线性拟合分析,得到了有轻质保护层铝合金构件升温计算简化公式,进...