冷成型不銹鋼結(jié)構(gòu)受力性能的關(guān)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(xué)性能，是一種高性能的綠色建筑材料，應(yīng)用于惡劣的腐蝕環(huán)境、重荷載和高外觀要求的結(jié)構(gòu)中具有不可替代的優(yōu)勢。近年來國內(nèi)不銹鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)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(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用。不銹鋼材料具有明顯的應(yīng)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(jié)構(gòu)用量和造價，然而目前國內(nèi)外對冷加工工藝對不銹鋼結(jié)構(gòu)性能影響的研究很少。本文以冷成型不銹鋼結(jié)構(gòu)為研究

2、對象，重點研究冷加工工藝對材料、構(gòu)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(yīng)的不銹鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，提高設(shè)計的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟性，為設(shè)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(gòu)模型及其參數(shù)變化規(guī)律，提出了折彎和輥彎構(gòu)件中的殘余應(yīng)力分布模型和材料強化模型。進(jìn)行了7種不同預(yù)張拉狀態(tài)下共49個材料力學(xué)性能試驗，提出了一種三段式不銹鋼材料靜力本構(gòu)模型，并獲得

3、了材料本構(gòu)模型中參數(shù)的變化規(guī)律。進(jìn)行了8種截面共160個測點的殘余應(yīng)力測量、44個母材性能試驗、24個折彎成型構(gòu)件彎角區(qū)試驗和94個輥彎成型構(gòu)件中的材料性能試驗?；诓牧系谋緲?gòu)模型和平面應(yīng)變純彎問題的假定，推導(dǎo)了折彎成型構(gòu)件殘余應(yīng)力分布模式?；谠囼灁?shù)據(jù)，提出了輥彎成型構(gòu)件中的殘余應(yīng)力分布模式?；诘刃?yīng)變法，分別提出了折彎和輥彎構(gòu)件中的材料強化模型。搜集了國內(nèi)外相關(guān)的試驗數(shù)據(jù)并與本文提出的材料強化模型進(jìn)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(yīng)的受壓和受彎構(gòu)件設(shè)計方法。進(jìn)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(gòu)件的有限元分析模型，分析了冷加工效應(yīng)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(gòu)件整體屈曲的不同特征，分別建立了圓管和方矩管構(gòu)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(gòu)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(yīng)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(jié)合，建立了方矩管局部-整體相關(guān)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(gòu)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(shè)計方法與國內(nèi)外相關(guān)的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，表明本文提出的設(shè)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(yīng)的不銹鋼管K型相貫節(jié)點設(shè)計方法。進(jìn)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(yīng)和焊縫等參數(shù)對節(jié)點承載力的影響?？紤]材料強度影響，對圓管K型節(jié)點承載力計算公式進(jìn)行了改進(jìn)。基于塑性鉸線理論，推導(dǎo)了方管K型相貫節(jié)點弦管受壓翼緣-側(cè)壁破壞的承載力計算表達(dá)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(guān)的試驗數(shù)據(jù)并與本文提出的設(shè)計方法進(jìn)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