鋁合金板式節(jié)點網(wǎng)殼結構高溫承載性能研究中文摘要

鋁合金板式節(jié)點網(wǎng)殼結構的應用非常廣泛，然而鋁合金的高溫性能較差、防火問題突出。目前，國內(nèi)外對于鋁合金板式節(jié)點網(wǎng)殼高溫承載性能的研究基本為空白。本項目將在課題組積累的相關研究成果基礎上，對鋁合金板式節(jié)點網(wǎng)殼的高溫承載性能進行系統(tǒng)深入的研究。擬逐步完成不銹鋼螺栓高溫性能試驗、鋁合金抗剪連接高溫性能試驗、鋁合金板式節(jié)點高溫性能試驗和鋁合金板式節(jié)點網(wǎng)殼結構高溫性能試驗。采用非線性有限元方法進行大規(guī)模數(shù)值分析，結合試驗結果得出不銹鋼螺栓的高溫本構關系、鋁合金抗剪連接的高溫下承載力和剛度計算公式、鋁合金板式節(jié)點的高溫下承載力和剛度計算公式；進而提出考慮節(jié)點剛度的桿件單元力學模型，并最終給出評估鋁合金板式節(jié)點網(wǎng)殼高溫下整體穩(wěn)定承載力的實用方法，建議其臨界溫度的計算方法。研究成果有望填補國內(nèi)外空白，并能直接用于實際工程，具有重要的理論意義和工程實用價值。

板式節(jié)點由于其外形美觀、施工方便的特點，被廣泛應用于鋁合金單層網(wǎng)殼結構中。目前對鋁合金板式節(jié)點單層網(wǎng)殼常溫下的穩(wěn)定承載性能研究已經(jīng)趨于完善。然而有研究表明，鋁合金材料的高溫力學性能較差，結構在火災下的安全問題突出。為了進一步推進鋁合金板式節(jié)點網(wǎng)殼的應用和發(fā)展，其抗火性能亟待研究。本課題以鋁合金板式節(jié)點網(wǎng)殼為研究對象，對其高溫承載性能進行研究。主要研究成果有： （1）完成了10個不同溫度下鋁合金板件不銹鋼螺栓雙剪連接試驗。試驗結果表明溫度會影響抗剪連接的破壞模式。采用ABAQUS建立了數(shù)值分析模型，進一步研究了溫度、芯板寬度、芯板厚度、螺栓直徑和螺栓端距等參數(shù)對連接承載力的影響，最后擬合了鋁合金板件不銹鋼螺栓抗剪的高溫承載力計算公式；（2）完成了3組共計9個鋁合金板式節(jié)點的高溫下平面外抗彎承載力試驗。采用ABAQUS軟件對試件進行了數(shù)值模擬，并進行了大規(guī)模參數(shù)分析，得到了鋁合金板式節(jié)點高溫下的抗彎剛度和承載力計算式。（3）完成了12根鋁合金H型截面構件偏心受壓穩(wěn)定承載力試驗，并采用ANSYS對試驗進行了數(shù)值模擬；隨后，對不同鋁合金牌號、截面類型、截面規(guī)格和長細比的國產(chǎn)鋁合金偏壓構件進行了大規(guī)模參數(shù)分析，提出了鋁合金偏壓構件高溫下的彎扭穩(wěn)定承載力計算公式；（4）完成了鋁合金板式節(jié)點單層球面網(wǎng)殼抗火試驗的設計和分析，鋁合金網(wǎng)殼試件已經(jīng)制作完成。 以本課題為背景，共培養(yǎng)博士生3人（1人畢業(yè)，2人在讀）、碩士生7人；發(fā)表相關論文36篇，其中SCI檢索12篇、EI檢索27篇、中文核心期刊論文16篇。 項目申請書中計劃的研究內(nèi)容基本完成，包括不銹鋼螺栓的高溫承載性能試驗研究、板式節(jié)點的高溫承載力試驗研究和板式節(jié)點的高溫彎曲剛度研究；并補充了鋁合金板式節(jié)點滯回性能研究、鋁合金板式節(jié)點網(wǎng)殼阻尼比試驗研究、國產(chǎn)鋁合金低溫力學性能試驗研究、國產(chǎn)鋁合金高溫力學性能試驗研究、國產(chǎn)鋁合金滯回性能試驗研究、新型螺栓球柱節(jié)點試驗研究和新型咬合式連接試驗研究。本項目的研究成果可完善鋁合金結構的研究體系，也可為鋁合金結構的推廣和發(fā)展打下基礎。 2100433B

由于具有重量輕、強度高、耐腐蝕性好等優(yōu)點，鋁合金材料在大跨度結構中備受青睞。作為大跨度結構主要節(jié)點形式之一，鋁合金板式節(jié)點被廣泛運用。本課題以鋁合金板式節(jié)點為研究對象，對其承載性能進行研究。主要研究成果有： （1）完成了18件鋁合金螺栓抗剪連接試驗，63件鋁合金抗拉連接的試驗研究。提出鋁合金構件螺栓受剪連接的孔壁承壓變形失效準則，推導出鋁合金構件孔壁承壓強度和孔壁變形剛度的計算公式，對我國規(guī)范的計算公式進行了修正。（2）完成了25件鋁合金T型連接試驗的試驗研究，并完成了T型連接的數(shù)值分析。對現(xiàn)有鋁合金T形連接的簡化計算模型及螺栓內(nèi)力的相關假定進行修正，并推導了T型連接在不同破壞模式的極限承載力計算公式，并對歐洲規(guī)范和我國規(guī)范的計算公式進行了修正和補充。（3）完成了17件鋁合金板式節(jié)點試驗；并完成了板式節(jié)點的數(shù)值分析。根據(jù)試驗結果，總結了鋁合金板式節(jié)點的破壞模型；針對不同的破壞模式，提出了相應的承載力計算公式和相關構造要求，提出了鋁合金板式節(jié)點的節(jié)點剛度的計算公式。研究成果對我國鋁合金結構設計規(guī)范進行了補充。（4）完成了鋁合金板式節(jié)點單層球面網(wǎng)殼試驗的設計和分析，鋁合金網(wǎng)殼試件已經(jīng)制作完成。對鋁合金板式節(jié)點單層網(wǎng)殼的穩(wěn)定性進行了研究和總結，采用本課題推導的板式節(jié)點的節(jié)點剛度計算公式，得出了節(jié)點剛度對網(wǎng)殼整體穩(wěn)定性的影響規(guī)律。 以本課題為背景，共培養(yǎng)博士生2人（1人畢業(yè)，1人在讀）、碩士生2人（1人畢業(yè)，1人在讀）；發(fā)表相關論文6篇，其中EI檢索4篇，ISTP檢索1篇。 項目申請書中計劃的研究內(nèi)容基本完成，包括板式節(jié)點的承載力試驗研究、板式節(jié)點的剛度試驗研究、板式節(jié)點單層網(wǎng)殼的整體穩(wěn)定性試驗研究；并補充了鋁合金抗剪連接試驗研究和鋁合金T型連接試驗研究。 2100433B

鋁合金是一種新型結構材料，具有重量輕、強度高、耐腐蝕性好等優(yōu)點，在標志性公共建筑、干煤棚、大型儲罐頂蓋等領域具有廣闊的應用前景。板式節(jié)點連接方便、外形美觀，是鋁合金結構的主要節(jié)點型式。由于鋁合金結構在我國起步較晚，目前國內(nèi)對板式節(jié)點的研究還不夠深入，還沒有形成成熟的設計方法、板式節(jié)點的節(jié)點剛度也無法準確計算。這嚴重影響了鋁合金結構在我國的推廣應用。本項目在已有研究成果的基礎上，擬對鋁合金板式節(jié)點的承載性能和節(jié)點剛度進行系統(tǒng)深入的試驗和理論研究，并結合我國現(xiàn)有規(guī)范體系，提出板式節(jié)點的設計方法和節(jié)點剛度的計算方法。研究成果能直接用于實際工程，具有重要的理論意義和工程實用價值，應用前景非常廣闊。另外，相關試驗表明，板式節(jié)點的節(jié)點剛度會明顯降低鋁合金單層網(wǎng)殼的整體穩(wěn)定承載力。故本課題擬進一步研究節(jié)點剛度對鋁合金單層網(wǎng)殼整體穩(wěn)定性的影響，給出評估板式節(jié)點單層鋁合金網(wǎng)殼整體穩(wěn)定性的實用方法。

：鋁合金結構具有重量輕、耐腐蝕性好的特點，在建筑物和構筑物中應用越來.越廣泛，但是對于國產(chǎn)鋁合金結構構件在高溫下的結構性能的研究很少。本項目將從高溫.下國產(chǎn)鋁合金材料的力學特性試驗研究出發(fā)，建立高溫下鋁合金的材料特性模型，然后分.別采用解析推導和非線性有限元模擬方法對軸心受壓、受彎和偏心受壓鋁合金構件在高溫.下的承載力計算方法進行理論分析。通過對鋁合金基本受力構件在高溫下的承載性能試驗，.研究高溫下鋁合金構件的破壞形式及其承載力隨溫度變化的規(guī)律，并對理論分析方法的可.靠性進行驗證。最后采用非線性有限元方法對高溫下鋁合金構件的承載力進行大規(guī)模數(shù)值.分析，結合構件試驗結果，通過參數(shù)分析得到鋁合金構件的高溫承載力計算公式，為鋁合.金結構的抗火設計和特殊高溫環(huán)境下的承載安全驗算奠定基礎。