铝合金框架全焊接连接梁柱节点受力性能研究

发布时间：2020-11-18 00:20

　　 铝合金具有重量轻、外形美观、易加工、耐腐蚀性能和可回收性好等优点。不仅可用于玻璃幕墙、门窗等围护结构,还可作为结构主要受力试件直接承受荷载。近五十年来,在土木工程领域得到了广泛应用。节点作为铝合金框架结构的传力枢纽,对整体结构的承载力具有重要的作用。当前国内外对于铝合金框架全焊接连接梁柱节点在往复荷载作用下力学性能的滞回研究还不多见,这必将制约其的应用。因此,本文选用工程中常见的两种牌号6061-T6合金及6061-T4合金的H形截面铝合金型材,通过试验研究和有限元分析方法,研究了全焊接连接梁柱节点的滞回性能,主要完成了以下工作:(1)开展了一系列试验研究,包括对4个6061-T6合金H形截面框架梁柱焊接连接节点试件和2个6061-T4合金H形截面框架梁柱焊接连接节点试件的滞回性能进行测试。揭示了铝合金框架全焊接连接梁柱节点的受力机理,并考察了不同轴压比和不同节点类型对两种合金类型框架梁柱焊接连接节点的破坏模态、滞回曲线、刚度退化、延性、耗能、损伤等方面的影响规律。(2)进行了6061-T4合金和6061-T6合金的焊接试件的材性试验,主要包括垂直焊缝轴线方向的对接焊缝拉伸试验和平行焊缝轴线方向的对拉焊缝拉伸试验。由此得到了焊接铝合金试件截面各部分实际的材性数据,分析了焊接热影响对强弱硬化合金强度的影响。基于材性试验结果采用Ramberg-Osgood公式对母材、热影响区、焊缝熔敷金属、对接焊缝试件等部位的材性关系曲线进行了拟合,确定了材料静力本构关系模型。结合框架梁柱焊接连接节点试验结果研究了循环荷载作用下的6061-T4合金及6061-T6合金的材料滞回本构模型,为数值分析提供了有效的材性依据。(3)建立了铝合金框架全焊接连接梁柱节点的有限元模型,阐述了模型的网格划分、材料性能、边界条件、载荷施加等建模过程。并将计算结果与试验结果进行了对比,验证了本文采用的建模方式的合理性。(4)分别设计了6061-T4及6061-T6两种不同的合金类型的H形截面铝合金框架梁柱焊接连接节点的典型算例试件,进行有限元计算。考虑了轴压比、节点域厚度、焊接强度、节点类型等影响因素对铝合金框架梁柱焊接连接节点滞回性能的影响。(5)基于节点试验研究的结果,对构件的受力机理进行了全过程分析,并建议了此类节点的简化滞回曲线模型。
【学位单位】：福建工程学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU758.11
【部分图文】：

般铝合金结构与同规模钢结构的施工工期相比，铝合金结构条件下，将缩短近 1/2 的工期时长。（5）热胀系数大: 相对于钢材的热胀系数而言，铝合金的热胀系数大约是钢材的 2倍，并对温度引起的作用效应表现较为敏感。作为新型结构材料，铝合金在工程应用上逐渐得到推广，特别是在一些标志性的建筑中，其应用前景相当可观。自上世纪 90 年代以来，国内对铝合金结构的工程应用越来越重视。图 1-1 为 1997 年在上海建成的浦东游泳馆，双层圆柱面正放四角锥网壳，平面尺寸：（54.0m~58.0m）×72.0m，网壳厚 2.4m，曲率半径 100m；图 1-2 为 2001 年建成的上海科技馆，单面椭圆面网壳，长轴长 67m，短轴长 51m，矢高 42.2m；图 1-3 为 2014 年 5 月正式通行的宁波市第一医院人行铝合金桁架结构天桥，桥长 37m，桥面宽 4.8m；图 1-4 为南京牛首山佛顶宫——大小穹顶，大穹顶建筑长度 251 米，半悬挑 116 米的单层三向网格铝合金结构；除了在大跨度结构中的应用外，铝合金材料也广泛应用于住宅、活动房等建筑中。

般铝合金结构与同规模钢结构的施工工期相比，铝合金结构条件下，将缩短近 1/2 的工期时长。（5）热胀系数大: 相对于钢材的热胀系数而言，铝合金的热胀系数大约是钢材的 2倍，并对温度引起的作用效应表现较为敏感。作为新型结构材料，铝合金在工程应用上逐渐得到推广，特别是在一些标志性的建筑中，其应用前景相当可观。自上世纪 90 年代以来，国内对铝合金结构的工程应用越来越重视。图 1-1 为 1997 年在上海建成的浦东游泳馆，双层圆柱面正放四角锥网壳，平面尺寸：（54.0m~58.0m）×72.0m，网壳厚 2.4m，曲率半径 100m；图 1-2 为 2001 年建成的上海科技馆，单面椭圆面网壳，长轴长 67m，短轴长 51m，矢高 42.2m；图 1-3 为 2014 年 5 月正式通行的宁波市第一医院人行铝合金桁架结构天桥，桥长 37m，桥面宽 4.8m；图 1-4 为南京牛首山佛顶宫——大小穹顶，大穹顶建筑长度 251 米，半悬挑 116 米的单层三向网格铝合金结构；除了在大跨度结构中的应用外，铝合金材料也广泛应用于住宅、活动房等建筑中。

自上世纪 90 年代以来，国内对铝合金结构的工程应用越来越重视。图 1-1 为 1997 年在上海建成的浦东游泳馆，双层圆柱面正放四角锥网壳，平面尺寸：（54.0m~58.0m）×72.0m，网壳厚 2.4m，曲率半径 100m；图 1-2 为 2001 年建成的上海科技馆，单面椭圆面网壳，长轴长 67m，短轴长 51m，矢高 42.2m；图 1-3 为 2014 年 5 月正式通行的宁波市第一医院人行铝合金桁架结构天桥，桥长 37m，桥面宽 4.8m；图 1-4 为南京牛首山佛顶宫——大小穹顶，大穹顶建筑长度 251 米，半悬挑 116 米的单层三向网格铝合金结构；除了在大跨度结构中的应用外，铝合金材料也广泛应用于住宅、活动房等建筑中。图 1-1 上海科技馆 图 1-2 上海浦东游泳馆
【参考文献】

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本文编号：2888096