鋁合金結構連接靜力強度的理論和試驗研究.pdf

1、鋁合金具有輕質、美觀、易加工、耐腐蝕等諸多優(yōu)點，不僅常用于玻璃幕墻、門窗等圍護結構，還可作為結構主要受力構件直接承受荷載，近四十年來，在土木工程領域得到了廣泛應用。目前，鋁合金結構在國內也取得了一定程度的應用和發(fā)展，但由于國內還沒有相應的設計規(guī)范，因而制約了這種結構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容。因此，本文結合我國鋁合金結構設計規(guī)范編制的需要，對鋁合金

2、結構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，指出在實際應用中，可對鋁合金材料的應力一應變曲線分段理想化。通過本文數(shù)值分析同試驗結果的對比，驗證了考慮材料應變硬化效應的三折線模型能夠準確地模擬出鋁合金材料的力學性能。本文對鋁合金結構焊接熱影響區(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。最后推導了折算強度區(qū)的計算公式，并根據(jù)試驗結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均為首次得出，為規(guī)范相關條

4、文制定提供了重要依據(jù)。本文分析并總結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面角焊縫強度的1.24倍。以上試驗結果在國內為首次得出，由試驗研究可得角焊縫的強度設計值可取同種焊絲材料對接焊縫抗拉強度設計值的0.57倍。試驗研究驗證了β公式的正確性，表明鋁合金結構角焊縫計算可采用與鋼結

5、構相同的方法。本文分析并總結了鋁合金結構緊固件連接的靜力強度計算公式，推導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)范和我國鋼結構規(guī)范的計算值。以上試驗結果驗

6、證了對于鋁合金軸心受剪螺栓群，采用與鋼結構規(guī)范相同的計算公式可確保連接設計的安全。本文對鋁合金結構雙 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；按照歐洲鋼結構規(guī)范公式計算得出的試件極限承載力，同試驗及數(shù)值分析結果相當吻合。以上研究結果表明：在鋁合金受拉螺栓群設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構規(guī)范的公式，計算結果足夠精確又可保證連接設計的安全。本文的研究適應了鋁合金結構在我國應用日益廣泛的現(xiàn)實需求，研究內容是鋁合金結構計算中極為重要的一個方面，所得研究成果為鋁合金結構在我國的進一步推廣和應用提供了理論依據(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構設計規(guī)范中。關鍵詞：鋁合金結構，焊縫連接，緊固件連接，靜力強度，理論分析，試驗研究，數(shù)值