6082-T6鋁合金軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定性能研究.pdf

1、與鋼材相比，鋁合金材料具有自重輕、耐腐蝕、強(qiáng)度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。隨著鋁合金在土木工程中的應(yīng)用越來越廣，對(duì)鋁合金結(jié)構(gòu)及構(gòu)件性能的各種研究工作方興未艾。由于鋁合金彈性模量只有鋼材的1/3，其結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的變形和穩(wěn)定問題更突出。6082-T6是6xxx系列鋁合金中的較新牌號(hào)，與國(guó)內(nèi)常用的傳統(tǒng)6061-T6鋁合金相比，其強(qiáng)度、耐腐蝕性和焊接性更優(yōu)良，在土木工程中的應(yīng)用前景很好。軸心受壓是結(jié)構(gòu)構(gòu)件最基本的受力形式，本文對(duì)國(guó)產(chǎn)6082-T6鋁合金軸心受壓

2、構(gòu)件的穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)和理論研究，為鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了參考。本文的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下。
　　進(jìn)行了117個(gè)國(guó)產(chǎn)6082-T6鋁合金材料試樣的拉伸試驗(yàn)，獲得并統(tǒng)計(jì)了國(guó)產(chǎn)6082-T6擠壓鋁合金的主要力學(xué)參數(shù)，包括彈性模量E、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度f0.2、抗拉強(qiáng)度fu、斷裂伸長(zhǎng)率At和泊松比v。對(duì)比了國(guó)產(chǎn)6082-T6鋁合金實(shí)測(cè)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線和經(jīng)典Ramberg-Osgood本構(gòu)模型，結(jié)果表明，國(guó)產(chǎn)6082-T6鋁

3、合金應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線基本符合Ramberg-Osgood本構(gòu)模型。
　　探討了Ramberg-Osgood本構(gòu)模型中硬化指數(shù)n的不同計(jì)算方法。采用快速退火算法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，獲得曲線整體擬合最優(yōu)的n值。結(jié)果表明，快速退火算法的計(jì)算結(jié)果比傳統(tǒng)兩點(diǎn)法的計(jì)算結(jié)果的離散程度??；在顯著性水平α=0.05下，n不拒絕服從正態(tài)分布，并獲得了n總體均值的置信區(qū)間。
　　初始彎曲和初始偏心對(duì)軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性影響較大。目前與鋁合金擠壓型材完

4、整初始彎曲相關(guān)的文獻(xiàn)很少，本文測(cè)量了45根國(guó)產(chǎn)6082-T6鋁合金擠壓圓管和L型截面型材的若干條母線的完整初始彎曲，獲得了初彎曲最大值和跨中值。推導(dǎo)了軸心受壓構(gòu)件跨中截面荷載初偏心的計(jì)算公式，計(jì)算并統(tǒng)計(jì)了本文所有73根鋁合金試件的跨中初偏心。結(jié)果表明，跨中初偏心大于1.8L/1000（L為上下支座轉(zhuǎn)動(dòng)中心距離）的試件大約占試件總數(shù)的10％，參考《鋁合金建筑型材第1部分：基材》規(guī)定的普通級(jí)精度鋁合金型材的初彎曲允許值，建議下一次修訂規(guī)范時(shí)

5、適當(dāng)增大鋁合金軸心受壓構(gòu)件的跨中初彎曲代表值，可以考慮采用1.8L/1000。
　　進(jìn)行了73根國(guó)產(chǎn)6082-T6鋁合金擠壓型材試件的軸心受壓試驗(yàn)，包括17根H型截面試件、15根箱型截面試件、15根圓管試件和26根L型截面試件，試件正則化長(zhǎng)細(xì)比-λ=0.45~3.54，試件兩端采用刀口支座模擬鉸支，獲得了軸壓穩(wěn)定系數(shù)和失效模式。試驗(yàn)結(jié)果表明：所有H型、箱型和圓管試件均發(fā)生繞截面弱軸的彎曲失穩(wěn)破壞，小長(zhǎng)細(xì)比的等邊L型試件發(fā)生彎扭失穩(wěn)

6、破壞，其余等邊L型試件發(fā)生彎曲失穩(wěn)破壞，所有不等邊L型試件均發(fā)生彎扭失穩(wěn)破壞。
　　采用有限元分析軟件ABAQUS創(chuàng)建了鋁合金軸心受壓構(gòu)件的精細(xì)化有限元模型，通過與本文試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了有限元模型預(yù)測(cè)鋁合金軸心受壓構(gòu)件受力性能的可靠性。通過數(shù)值計(jì)算分析了各種因素（主要包括初始彎曲、初始偏心、材料特性、截面類型和截面尺寸等）對(duì)鋁合金軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)的影響。分析結(jié)果表明：初始彎曲、初始偏心、材料特性和截面類型對(duì)鋁合金軸心受壓

7、構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)都有影響；材料硬化指數(shù)n在大于20后對(duì)構(gòu)件軸壓穩(wěn)定系數(shù)的影響很??；在不發(fā)生局部失穩(wěn)的條件下，4種截面形式的板件寬厚比和截面高寬比對(duì)構(gòu)件軸壓穩(wěn)定系數(shù)都幾乎沒有影響。
　　研究了鋁合金軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法，對(duì)比了現(xiàn)行各國(guó)規(guī)范的軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)柱子曲線和本文試驗(yàn)所得軸壓穩(wěn)定系數(shù)。通過批量數(shù)值計(jì)算，獲得了初彎曲分別為L(zhǎng)/1000和1.8L/1000時(shí)4種截面形式（H型、箱型、圓管和L型）6082-T6鋁合金軸心受壓構(gòu)件的整體