铝合金压弯构件平面内稳定性研究.pdfVIP

第六届全国现代结构工程学术研讨会 铝合金压弯构件平面内稳定性研究木 张铮 张其林 f同济大学，上海200092) 摘要：对铝合金挤压型材偏压试件进行了稳定性研究，考察了长细比和荷载偏心率对铝合金压弯构件平面内稳定承载力的 影响。根据铝合金材料的特点，将压弯构件分为弱硬化合金和强硬化合金进行力学性能分析。基于理论分析的结果，推导了 计算铝合金压弯构件平面内稳定承载力的相关公式。相关公式计算结果与数值计算结果吻合较好。 关键词：铝合金，压弯构件，平面内稳定承载力，相关公式 一、引言 众所周知，铝合金材料具有轻质、美观、不易腐蚀、易于维护、耐久性好等特点。根据铝合金结构的 适用性，该结构可应用于桥梁结构和房屋结构中。工程实践表明，铝合金结构能适应现代工程结构向大跨 和轻质发展以及承受恶劣条件的需要，符合现代施工技术的工业化要求。随着我国铝合金结构在土木工程 中的推广应用，对该结构的大力研究和相关规范的制订就迫在眉睫了。 在国外，铝合金结构在土木工程中的应用和研究起步较早，七十年代美国和欧洲就先后颁布了铝合金 结构设计规划1’21。国内铝合金结构的研究目前还比较滞后，主要是针对铝合金挤压型材轴心压杆的稳定 性能有了一定的研究成果p巧l。铝合金受弯构件和压弯构件的性能研究在我国才刚刚开始【6】。 本文研究铝合金挤压型材压弯构件的平面内稳定承载力，基于大量理论分析的结果，推导出适用于强 硬化合金和弱硬化合金的铝合金压弯构件平面内稳定承载力的相关公式，以期获得可供相关工程实践参考 的结果。 铝合金材料的本构关系 铝合金的材性试验表明，其应力一应变关系曲线为一条无屈服点的连续曲线，使得其本构关系不能像 钢材那样简化成理想弹塑性模型，必须采用一般性非弹性材料的模型。此种材料一般把与O．2％残余应变相 对应的应力规定为非比例伸长应力，也称名义屈服强度，用符号而．2表示。本文采用已广泛应用的[3，5{】 兰伯格一奥斯古德(Ramberg。Osgood)连续模型来表述铝合金材料的本构关系： 气 f。、 ￡=二+O．002l二l (1) E L五：／ 上式中的指数n是描述应变硬化的参数，应由材性试验确定。由于规范一般都不提供n值，出于理论 和适用性，德国规范就是以这一假设为依据的。表1给出了由文献[5]的材性试件实测应力一应变关系曲线 拟合得到的n值与而．2／10的对比。 文在进行铝合金压弯构件平面内稳定承载力理论分析和相关公式推导时，就分为弱硬化合金和强硬化合金 两种类型，以考虑铝合金材料特性的影响。 ‘建设部国家标准《铝合金结构设计规范》编制研究项目 工业建筑2006增刊 第六届全国现代结构工程学术研讨会 表1材性试验的一值与五．2／10的对比 材性试件编号 Sl S2 ，l 27．34 26．85 五2／10 24．9l 28．23 三、数值计算 采用通用有限元计算软件Ansys进行构件荷载一变形全过程稳定性计算。在进行铝合金压弯构件稳定 承载力的有限元分析时，考虑了材料非线性和几何非线性，首先进行构件的线性屈曲分析，求解出构件的 线性屈曲模态妒。由于构件总是包含初始几何缺陷，有限元计算中通常用a．妒来描述构件的初始缺陷。根 效长度)。同时，铝合金挤压型材的残余应力很小，经以往研究表明可以忽略不计。因此可取a=l／1000， 将l／1000-p作为非线性承载力分析的初始缺陷添加到杆件上进行非线性分析，得到的荷载一位移曲线上的 极值点就是实际杆件的近似临界荷载。 本文利用Ansys软件分析了文献[9