鋁合金結(jié)構(gòu)連接靜力強度的理論和試驗研究.pdf

1、鋁合金具有輕質(zhì)、美觀、易加工、耐腐蝕等諸多優(yōu)點，不僅常用于玻璃幕墻、門窗等圍護結(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)在國內(nèi)也取得了一定程度的應(yīng)用和發(fā)展，但由于國內(nèi)還沒有相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范，因而制約了這種結(jié)構(gòu)形式在我國的進一步推廣。規(guī)范的制定需要通過理論分析和試驗研究來解決很多問題，連接計算是其中的一個重要內(nèi)容。因此，本文結(jié)合我國鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范編制的需要，對鋁合金

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

3、慮熱影響區(qū)強度降低的兩種不同方法。然后通過鋁合金對接焊縫連接的大量試驗確定了焊接熱影響區(qū)強度降低曲線的形狀，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)了折算強度區(qū)的計算公式，并根據(jù)試驗結(jié)果計算出折算強度區(qū)的范圍。本文試驗還分析了焊件厚度、焊絲型號、焊接工藝等焊接參數(shù)對焊縫強度、臨界失效面強度折減系數(shù)、焊接熱影響區(qū)及折算強度區(qū)范圍的影響。本文以上研究成果在國內(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度計算的 3 種方法，并對目前國際上通用的角焊縫強度計算β公式進行了驗證性試驗研究。試驗研究結(jié)果表明：角焊縫的破壞基本發(fā)生在45°焊喉截面，正面角焊縫強度約為側(cè)面角焊縫強度的1.24倍。以上試驗結(jié)果在國內(nèi)為首次得出，由試驗研究可得角焊縫的強度設(shè)計值可取同種焊絲材料對接焊縫抗拉強度設(shè)計值的0.57倍。試驗研究驗證了β公式的正確性，表明鋁合金結(jié)構(gòu)角焊縫計算可采用與鋼結(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度計算公式，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算公式。本文對鋁合金雙蓋板軸心受剪螺栓群的承載性能進行了系統(tǒng)完善的理論分析和試驗研究。試驗研究結(jié)果表明：鋁合金軸心受剪螺栓群的接頭越長、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；試驗得到的節(jié)點承載力折減系數(shù)高于歐洲鋁合金規(guī)范和我國鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的計算值。以上試驗結(jié)果驗

6、證了對于鋁合金軸心受剪螺栓群，采用與鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范相同的計算公式可確保連接設(shè)計的安全。本文對鋁合金結(jié)構(gòu)雙 T 形軸心受拉螺栓群連接中的撬力現(xiàn)象進行了系統(tǒng)完善的理論分析、試驗研究和數(shù)值模擬。試驗研究和數(shù)值模擬結(jié)果表明：在本文試驗的極端情況下，撬力的不利影響最高可對節(jié)點承載力產(chǎn)生高達65%的折減；按照歐洲鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范公式計算得出的試件極限承載力，同試驗及數(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)計中必須考慮撬力的不利

7、影響，對鋁合金雙 T形軸心受拉螺栓群的承載力計算可采用歐洲鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的公式，計算結(jié)果足夠精確又可保證連接設(shè)計的安全。本文的研究適應(yīng)了鋁合金結(jié)構(gòu)在我國應(yīng)用日益廣泛的現(xiàn)實需求，研究內(nèi)容是鋁合金結(jié)構(gòu)計算中極為重要的一個方面，所得研究成果為鋁合金結(jié)構(gòu)在我國的進一步推廣和應(yīng)用提供了理論依據(jù)和計算方法。本文部分研究成果已被納入到我國第一部鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中。關(guān)鍵詞：鋁合金結(jié)構(gòu)，焊縫連接，緊固件連接，靜力強度，理論分析，試驗研究，數(shù)值