冷彎薄壁型鋼殘余應(yīng)力測試方法及其影響下軸壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性研究.pdf

1、鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)的殘余應(yīng)力是由于構(gòu)件的生產(chǎn)和制造過程中產(chǎn)生的塑性變形引起的，是構(gòu)件尚未承受外力作用前存在于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的一種初始自相平衡力系。殘余應(yīng)力的存在使得結(jié)構(gòu)在承受荷載后殘余應(yīng)力與荷載作用應(yīng)力疊加，構(gòu)件中某些部位將提前達(dá)到屈服強(qiáng)度并發(fā)展塑性變形，從而降低了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度和穩(wěn)定性。 測量殘余應(yīng)力大小和分布規(guī)律的思想是采用分離或破壞構(gòu)件等手段使殘余應(yīng)力釋放出來，然后進(jìn)行測量。傳統(tǒng)的機(jī)械切條法(或手工割據(jù))只適用于熱軋型鋼和鋼板焊縫組合的構(gòu)

2、件中的殘余應(yīng)力測定，并不適用于冷彎薄壁型鋼。 WengCC，PekozT在上世紀(jì)80年代末首先提出了用電化學(xué)腐蝕方法測量冷彎薄壁型鋼殘余應(yīng)力的設(shè)想，這種方法利用冷彎薄壁型鋼在特定條件下易被腐蝕的特點(diǎn)，克服了機(jī)械或手工切條的弊端帶來的測量冷彎殘余應(yīng)力的困難，從原理上基本解決了這一測量難題。WengCC，PekozT對冷彎卷邊槽鋼(板厚2.5mm)殘余應(yīng)力進(jìn)行了測試，但未公布電化學(xué)腐蝕測量的工藝及相關(guān)材料配方。90年代我們對用電化學(xué)

3、腐蝕測量冷彎薄壁型鋼殘余應(yīng)力方面初步開展了一些工作，包括電化學(xué)腐蝕測量冷彎薄壁型鋼殘余應(yīng)力的工藝、實(shí)驗(yàn)裝置、腐蝕液的配方、測點(diǎn)的防腐材料的選用等，并對冷彎卷邊角鋼(板厚2.5mm)進(jìn)行了測試，取得了一些階段性的成果。 在此基礎(chǔ)上，本著提高腐蝕速度、精確測試結(jié)果的目的，筆者對用電化學(xué)腐蝕方法測試?yán)鋸澅”谛弯摎堄鄳?yīng)力展開了進(jìn)一步研究。本文在試驗(yàn)工藝上的創(chuàng)新之處有如下幾點(diǎn)： 一、改進(jìn)了試驗(yàn)裝置。電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)中電源的選擇是非常

4、關(guān)鍵的，經(jīng)過對幾種電源的試驗(yàn)比較，在本試驗(yàn)中，我們選用了工作狀態(tài)較為穩(wěn)定的WYJ—20000系列直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，腐蝕速度得到了提高。 二、研究配制了新型的性能優(yōu)良的防腐材料，在切條處采用雙層防腐設(shè)計(jì)： 內(nèi)層選用自配的彈性硅膠，由于該膠具有彈性并能與構(gòu)件良好的結(jié)合，因此較好的避免了切條處應(yīng)力釋放后引起的應(yīng)變片脫落失效的問題； 外層選用自配的聚苯乙烯膠，該膠干結(jié)速度較快，可以縮短試驗(yàn)準(zhǔn)備階段的時(shí)間。 雙層防

5、腐設(shè)計(jì)更好的保護(hù)了應(yīng)變片，并使之能更好的適應(yīng)切條處由于應(yīng)力釋放產(chǎn)生的變形而不脫落，提高了測量精度。 三、改良了試驗(yàn)電解液的配制方法，并給出了兩種改良后的配方。改良后的電解液使得電化學(xué)腐蝕反應(yīng)過程中試液清澈，沉淀明顯，反應(yīng)更為直觀。 四、根據(jù)試件樣式，經(jīng)過多次試驗(yàn)比較，設(shè)計(jì)了較為合理的陰極切割具形狀，較好的實(shí)現(xiàn)了定向腐蝕，提高了腐蝕速度，同時(shí)也使得切條形狀更為規(guī)整。 應(yīng)用工藝改良后的電化學(xué)腐蝕測試方法，本文對不同厚

6、度的冷彎帽型截面構(gòu)件的殘余應(yīng)力進(jìn)行了測試，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得到了冷彎薄壁型鋼殘余應(yīng)力分布的一些基本規(guī)律： 一、冷彎薄壁型鋼構(gòu)件受彎時(shí)，沿彎曲的外方向，構(gòu)件截面表面上存在著受拉殘余應(yīng)力；而彎曲的內(nèi)方向，構(gòu)件截面表面上則存在著受壓殘余應(yīng)力。 二、構(gòu)件截面上同一位置處的內(nèi)外兩側(cè)表面上的殘余壓應(yīng)力與殘余拉應(yīng)力在大小上比較接近。 三、在構(gòu)件截面的轉(zhuǎn)角區(qū)域，彎曲內(nèi)方向的構(gòu)件截面表面上存在著最大的殘余壓應(yīng)力，彎曲外方向的

7、構(gòu)件截面表面上存在著最大的殘余拉應(yīng)力。 四、沿構(gòu)件橫截面周邊其縱向拉、壓殘余應(yīng)力分布是不均勻的。 五、在帽型截面的兩肢處，由于兩肢上下兩端分別向兩個(gè)相反的方向轉(zhuǎn)彎，兩肢中部冷彎殘余應(yīng)力很小，接近于零。 六、隨著帽型截面構(gòu)件厚度的增大，其縱向冷彎殘余應(yīng)力有增大的趨勢。 結(jié)合試驗(yàn)得到的冷彎薄壁型鋼殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，本文討論了以構(gòu)件極限荷載為準(zhǔn)則確定殘余應(yīng)力影響下的冷彎薄壁型鋼軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)的方法