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。     

铝合金受弯构件理论和试验研究

进行了14根国产6061-T6铝合金挤压型材的受弯构件试验,系统地搜集了24个已有同类试验数据。通过对国产铝合金受弯构件进行大规模数值计算,得到了480条φb-λ-曲线,据此拟合出了用于计算铝合金受弯构件弯扭失稳整体稳定系数的φb-λ-曲线。最后,将拟合曲线和试验数据及各国规范进行了比较。结果表明:所有有效试验点均高于拟合曲线,而拟合曲线和欧洲规范EC9中的曲线2(用于第3类和第4类截面)比较接近。     

钢筋混凝土压杆刚度的研究

本文依据混凝土的应力应变关系曲线,对全截面受压的偏心受压构件,用平衡条件建立了有关刚度的基本表达式;同时,对不同配筋率、不同偏心距的偏压试验构件,采用较准确的全过程分析方法,补充了“计算模型试验”数据,从而对各荷载阶段的刚度变化规律,进行了深入的了解和研究。在此基础上拟合了有关偏压刚度的实用曲线和表达式,可供参考使用。     

GFRP轴心受压构件的稳定性能

通过对50根不同截面形式、不同尺寸的GFRP(玻璃钢)构件进行轴心受压试验,研究了构件的变形特征、破坏形态和稳定系数,并拟合出基于Perry公式的稳定系数计算式.结果表明:GFRP构件在其失稳后卸载完毕时,变形完全恢复,没有明显的残余变形;GFRP构件失稳前基本呈线弹性特征,破坏时呈脆性特征;GFRP构件失稳类型分为弯曲失稳和扭曲失稳;所拟合出的GFRP轴心受压构件稳定系数计算式的计算结果与试验值吻合较好,表明该计算式具有一定的有效性.     

铝合金圆管轴心受压构件稳定系数的试验研究

针对网格结构的发展方兴未艾、极具活力 ,而铝合金圆管型截面构件在网格结构中的应用又日渐广泛的特点 ,通过对目前研究较少的细长 (长细比λ =6 9.4～ 194 .3)铝合金圆管型截面轴心受压构件稳定性的试验研究 ,得到构件的极限稳定承载力 ,应用最小二乘法原理拟合出构件的λ - φ曲线及相应的计算公式 .经与几种常见公式的计算结果对比 ,该公式的计算结果与试验结果吻合较其它公式的计算结果好 ,离散性小 ,所以构件的λ - φ曲线及相应的计算公式可以用于铝合金圆管型截面轴心受压构件的设计中 .     

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。     

圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件承载力的简化计算

针对建筑规范中沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件的正截面受压承载力的计算方法,以轴心受压、纯弯和大小偏压界限破坏时的承载力为校准点,提出了圆截面偏心受压构件承载力的简化计算公式。对比分析表明,由简化公式得到的偏心受压承载力的计算值与由规范公式得到的承载力吻合较好,误差在3%以内。     

奥氏体型不锈钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能试验研究

为了研究奥氏体型不锈钢材轴心受压构件的整体稳定性能,对6根奥氏体型不锈钢焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验研究,在试验前对试件的几何初弯曲进行了测量,在试验过程中对荷载初偏心进行了量测。基于试验结果,分析了该类型构件的失稳破坏形态和整体稳定承载力,并与欧洲钢结构规范和中国钢结构规范进行了对比。结果表明此次试验数据高于欧洲钢结构规范和中国钢结构规范的设计曲线,设计曲线较为保守。     

异型截面钢筋混凝土双向偏心受压构件正截面承载力的实用计算方法

在计算出 3种等肢对称异型截面双向偏心受压构件正截面承载力的N -Mx-My 相关曲线的基础上 ,用约束方程来逼近这些相关曲线 ,并引入反映截面尺寸对相关曲线影响的修正系数。通过约束方程可以把异型截面双向偏心受压构件的正截面承载力计算转化为单向偏心受压构件来计算。该约束方程形式简单 ,便于工程应用且具有较高的计算精度 ,既可用于截面设计又可用于截面复核。     

H形截面铝合金压弯构件平面内稳定承载力的试验及理论研究

以长细比和荷载偏心率为主要参数,测试了13个H形截面铝合金挤压型材偏心受压试件的稳定承载力,所有试件均在受弯平面内发生了整体弯曲屈曲。采用数值方法对上述试件进行了非线性稳定性计算,计算结果得到了试验结果的验证。对铝合金压弯构件的稳定性进行了理论分析,结果表明合金类型对稳定承载力的影响最大,修正系数η1需要对弱硬化合金和强硬化合金分别取值。推导的计算H形截面铝合金压弯构件平面内稳定承载力的线性相关公式与数值计算结果吻合较好,并在形式上与我国《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)保持一致以便于实际应用。     

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。     

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.     

铝合金轴心受压构件局部整体相关稳定试验研究

铝合金轴压构件局部与整体相关稳定性能,在国内外尚无系统的研究。为此,该文对12根铝合金6061-T6和6063-T5工形截面轴心受压构件的局部整体相关稳定性能进行试验研究,包括其破坏形式、变形性能以及极限承载力等。将试验结果与中国规范、欧洲规范、美国规范和澳大利亚/新西兰规范计算结果进行对比分析,验证各规范设计方法的可靠性。采用有限元软件ANSYS对试验结果进行模拟计算。研究结果表明：有限元模型能够准确地计算铝合金轴压构件的承载力,可以应用在下一步的参数分析中;各国规范设计方法对弱硬化合金承载力计算的准确程度优于强硬化合金;美规和澳规对弱硬化合金极限承载力的计算较准确,但是对强硬化合金的计算偏于保守;中国规范和欧规分别考虑局部失稳和整体失稳,并将两者的影响进行叠加,计算结果过于保守。因此,需要调整中国规范中的参数,以得到更加合理的设计。     

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。     

FRP strengthened aluminium tubular sections subjected to web crippling

This paper presents a test programme on aluminium tubular structural members that have experienced web crippling failure due to localized concentrated loads or reactions. A series of tests was performed on fibre-reinforced polymer (FRP) strengthening of aluminium tubular structural members subjected to End-Two-Flange and Interior-Two-Flange loading conditions. A total of 58 web crippling tests was conducted. The investigation was mainly focused on the effects of different adhesive and FRP for strengthening of aluminium tubular sections against web crippling. The influence of different widths of FRP plate strengthening against web crippling has been also investigated in this study. The test specimens consisted of 6061-T6 heat-treated aluminium alloy square and rectangular hollow sections. Six different adhesives and six different FRPs were considered in this study. The properties of adhesive and FRP have significant influence on the effectiveness of the strengthening. Most of the strengthened specimens were failed by debonding of FRP plates from the aluminium tubes. There are mainly four different failure modes observed in the tests, namely the adhesion, cohesion, combination of adhesion and cohesion, and interlaminar failure of FRP plate. The failure loads, failure modes, and the load-web deformation behaviour of the aluminium sections are presented in this study. It was found that the web crippling capacity of aluminium tubular sections is significantly increased due to FRP strengthening, especially for those sections with large value of web slenderness ratio.