冷成型不銹鋼結構受力性能的關鍵問題研究.pdf

1、不銹鋼具有超強的耐腐蝕性和優(yōu)良的力學性能，是一種高性能的綠色建筑材料，應用于惡劣的腐蝕環(huán)境、重荷載和高外觀要求的結構中具有不可替代的優(yōu)勢。近年來國內(nèi)不銹鋼結構的應用逐漸增多，但不銹鋼材料的價格高于普通鋼材，仍然制約了不銹鋼結構的推廣應用。不銹鋼材料具有明顯的應變強化性能，在冷加工過程中極易被強化，有效利用這種強化特性能夠顯著地降低不銹鋼結構用量和造價，然而目前國內(nèi)外對冷加工工藝對不銹鋼結構性能影響的研究很少。本文以冷成型不銹鋼結構為研究

2、對象，重點研究冷加工工藝對材料、構件和節(jié)點性能的影響，通過理論分析、試驗驗證和數(shù)值模擬，旨在建立考慮冷加工效應的不銹鋼結構設計方法，提高設計的準確性和經(jīng)濟性，為設計規(guī)程的修訂提供可靠參考依據(jù)。本文中開展了以下三個方面的研究:
　　(1)建立了不銹鋼材料的本構模型及其參數(shù)變化規(guī)律，提出了折彎和輥彎構件中的殘余應力分布模型和材料強化模型。進行了7種不同預張拉狀態(tài)下共49個材料力學性能試驗，提出了一種三段式不銹鋼材料靜力本構模型，并獲得

3、了材料本構模型中參數(shù)的變化規(guī)律。進行了8種截面共160個測點的殘余應力測量、44個母材性能試驗、24個折彎成型構件彎角區(qū)試驗和94個輥彎成型構件中的材料性能試驗?；诓牧系谋緲嬆Ｐ秃推矫鎽兗儚潌栴}的假定，推導了折彎成型構件殘余應力分布模式?；谠囼灁?shù)據(jù)，提出了輥彎成型構件中的殘余應力分布模式?；诘刃兎ǎ謩e提出了折彎和輥彎構件中的材料強化模型。搜集了國內(nèi)外相關的試驗數(shù)據(jù)并與本文提出的材料強化模型進行對比，表明本文提出的模型具有較

4、高的精度。
　　(2)建立了考慮冷加工效應的受壓和受彎構件設計方法。進行了8種截面共23根軸心受壓短柱、4種截面共24根軸心受壓長柱和4種截面共8根四點受彎梁的試驗研究，采用Abaqus建立了不銹鋼板、受壓和受彎構件的有限元分析模型，分析了冷加工效應和初始缺陷等因素對其受力性能的影響。基于圓管和方矩管受壓構件整體屈曲的不同特征，分別建立了圓管和方矩管構件的整體屈曲柱子曲線，并基于切線彈性模量理論，建立了面向多種不銹鋼材料參數(shù)的構件

5、整體屈曲承載力的切線彈性模量法。提出了考慮材料應變強化的方矩管局部屈曲承載力的有效寬度法，并與方矩管整體屈曲柱子曲線結合，建立了方矩管局部-整體相關屈曲的計算方法。完善了考慮板件相互作用的方矩管受彎構件抗彎承載力的有效寬度法和直接強度法。將本文提出的設計方法與國內(nèi)外相關的試驗數(shù)據(jù)進行對比，表明本文提出的設計方法有較高的精度，經(jīng)濟性顯著。
　　(3)建立了考慮冷加工效應的不銹鋼管K型相貫節(jié)點設計方法。進行了6個方管相貫節(jié)點和5個圓管

6、K型相貫節(jié)點試驗，采用Abaqus建立了節(jié)點有限元分析模型，討論了冷加工效應和焊縫等參數(shù)對節(jié)點承載力的影響。考慮材料強度影響，對圓管K型節(jié)點承載力計算公式進行了改進?；谒苄糟q線理論，推導了方管K型相貫節(jié)點弦管受壓翼緣-側壁破壞的承載力計算表達式，并提出了材料強度影響系數(shù)，完善了方管K型相貫節(jié)點計算方法。搜集了國內(nèi)外相關的試驗數(shù)據(jù)并與本文提出的設計方法進行對比，表明本文提出的方法具有較好的精度。
　　通過本文的研究，完成了同一批次