6082-T6铝合金工字形梁局部稳定性能与设计方法研究

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相对于传统型号的铝合金,6082-T6铝合金在强度、焊接性能以及耐腐蚀性能等方面都更为优良,在工程结构领域有较好的应用前景。铝合金工字形梁是工程中常用的构件,但铝合金弹性模量较低,大变形导致的结构局部稳定问题影响了其使用,因此研究铝合金工字形梁的局部稳定问题具有十分重要的现实意义。针对6082-T6铝合金工字形梁局部稳定性能以及设计方法研究的不足,本文结合有限元分析和局部屈曲受力机理分析,从承载能力极限状态的角度,分别对弯剪共同作用下和局部压力作用下6082-T6铝合金工字形梁局部稳定性能进行了一系列的研究。本文的主要研究内容及成果包括:(1)采用特征值屈曲分析和非线性屈曲分析的方法进行有限元建模,得到了构件的极限荷载和后屈曲行为。利用验证可靠的有限元模型,建立69个工字形梁模型进行有限元参数分析,研究不同参数对弯剪作用下工字梁局部稳定性能的影响规律。腹板局部几何初始缺陷幅值变化时,抗剪承载力的变化幅度在5%以内;增加翼缘的厚度,抗剪承载力最大增幅为7.4%;减小腹板宽高比,抗剪承载力最大增幅为30.5%;封头肋板在腹板宽高比较小时对腹板拉力带的锚固约束效果更加明显,可以有效地提高试件的抗剪承载力。(2)通过对弯剪作用下铝合金工字形梁局部屈曲受力机理的分析以及综合考虑各种抗剪承载力计算方法的优缺点,基于铝合金欧洲规范EC9中针对腹板抗剪承载力的计算方法与石永久提出的改进旋转应力场法,并考虑影响局部稳定承载力的参数,提出了适用于6082-T6铝合金工字形梁的抗剪承载力计算公式,最大误差在5%以内,验证了建议公式的准确性。将本文所建议的抗剪承载力计算方法、王元清所提出的有效抗弯承载力计算方法以及EC9中关于弯剪相关稳定承载力的计算形式进行结合,提出了适用于6082-T6铝合金工字形梁的弯剪相关稳定承载力建议公式,与原计算方法相比,建议公式的承载力提高了11%,计算结果的离散性也得到了改善,建议公式具有可行性。(3)利用验证可靠的局部压力作用下工字形梁有限元模型,建立53个工字形梁模型研究不同参数对局部压力作用下铝合金梁腹板屈曲后极限承载力的影响。腹板几何初始缺陷幅值变化时,极限承载力的变化幅度在3%以内;增大翼缘宽厚比,极限承载力最大减幅为13%;腹板高厚比变化时,极限承载力的最大变化幅度为3.8%。增大翼缘厚度,极限承载力的最大增幅为15.6%。(4)通过对现有方法的比较以及对局部压力作用下工字梁局部屈曲受力机理的分析,基于甄圣威的计算方法,并考虑影响局部压力作用下工字梁极限承载力的因素,提出了适用于局部压力作用下6082-T6铝合金工字形梁极限承载力建议公式,得到极限承载力有限元结果(试验结果)与本文修正公式计算结果的比值PFE(T)/PD平均值为1.25,标准差为0.17,表明修正公式具有可行性。
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