1、第 28卷 第 6期 建 筑 结 构 学 报 Vol128, No162007年 12月 Journal of Building Structures Dec12007文 章 编 号 : 100026869 (2007) 0620100210铝 合 金 结 构 研 究 现 状 简 述沈 祖 炎 , 郭 小 农 , 李 元 齐(同 济 大 学 土 木 工 程 学 院 , 上 海 200092)摘 要 :铝 合 金 结 构 在 国 内 外 应 用 十 分 广 泛 ,具 有 诸 多 优 点 ,我 国 目 前 已 经 建 成 了 10余 座 大 型 的 铝 合 金 空 间 结 构 。 本 文 总结 了
2、 国 内 外 在 铝 合 金 结 构 材 料 特 性 、 构 件 设 计 、 节 点 连 接 和 结 构 体 系 等 多 方 面 的 研 究 现 状 。 目 前 ,发 达 国 家 对 铝 合 金 结构 的 研 究 相 对 成 熟 ,尤 其 是 对 构 件 的 研 究 已 经 基 本 完 成 。 国 内 针 对 铝 合 金 结 构 的 研 究 已 越 来 越 深 入 和 广 泛 ,对 各 类 构 件都 有 研 究 ,其 中 对 轴 心 受 压 构 件 研 究 最 为 深 入 ,但 还 没 有 从 可 靠 度 的 角 度 对 铝 合 金 结 构 构 件 进 行 分 析 。 因 此 ,有 必 要 建
3、立 国 产 铝 合 金 材 料 的 结 构 试 验 数 据 库 ,以 实 现 资 源 共 享 ,为 铝 合 金 结 构 的 可 靠 度 分 析 打 下 基 础 。关 键 词 :铝 合 金 结 构 ; 试 验 数 据 库 ; 可 靠 度中 图 分 类 号 : TU395 文 献 标 识 码 : AState2of2the2arts of research on alum inum alloy structuresSHEN Zuyan, GUO Xiaonong, L I Yuanqi(College of Civil Engineering, Tongji University, Shangha
4、i 200092, China)Abstract: A lum inum alloy structures are widely used in the world due to their special advantages, and more than 10large alum inum alloy space structures have been constructed in China up to now. This paper p rovides a state2of2the2artreview report on research on alum inum alloy str
5、uctures related to material p roperty, basic structuralmembers, connectionbehaviors and structural system. In generally, the research work on alum inum alloy structures in many developedcountries is relatively matured, especially for different basic structural members. W hile in China, such studies
6、onalum inum alloy structures are being carried out more and more widely and deep ly recently, most of which are focused onaxially2comp ressed members, and no reliability analysis for alum inum alloy structures is conducted, mainly due to thelack of experiment data for statistic analysis. Therefore,
7、it is very necessary to establish an experimental database fordomestic alum inum alloy structures as a basic step to reliability analysis.Keywords: domestic alum inum alloy structures; experimental database; reliability analysis基 金 项 目 :上 海 市 建 设 技 术 发 展 基 金 会 项 目 铝 合 金 格 构 结 构成 套 技 术 研 究 与 开 发 (A02
8、05124)。作 者 简 介 :沈 祖 炎 (1934 ) ,男 ,浙 江 杭 州 人 ,教 授 ,中 国 工 程院 院 士 。收 稿 日 期 : 2006年 9月1 铝 合 金 结 构 的 应 用 情 况从 20世 纪 40年 代 以 来 ,铝 合 金 就 开 始 广 泛 地 应用 于 建 筑 结 构 之 中 ,目 前 世 界 上 现 已 建 成 约 6000多 座铝 合 金 空 间 结 构 。 早 在 1954年 ,英 国 就 建 成 了 跨 度 达365ft(11113m )的 铝 合 金 球 面 网 壳 结 构 ( Festival SouthBank Exhibition)以 及 跨
9、 度 为 150 ft (4517m )的 门 架 结构 (英 国 伦 敦 飞 机 库 )。 其 他 如 荷 兰 的 N ieuwegein办公 大 楼 大 厅 铝 合 金 网 架 ,覆 盖 面 积 达 4500m2 ;荷 兰Zoetermeer体 育 中 心 的 球 形 铝 合 金 建 筑 ,直 径 达 63m;美 国 海 军 在 南 极 建 造 的 巨 蛋 建 筑 直 径 达 50m。 同 时 铝合 金 结 构 在 桥 梁 、 储 油 罐 、 发 电 厂 、 煤 棚 等 工 业 建 筑 及构 筑 物 中 也 得 到 大 量 应 用 。20世 纪 90年 代 以 来 ,铝 合 金 结 构 在
10、 我 国 的 应 用也 逐 渐 增 多 。 到 目 前 为 止 ,我 国 各 地 共 建 成 了 将 近 10001余 幢 大 型 的 铝 合 金 空 间 结 构 。 表 1列 出 了 我 国 主 要 的已 建 和 在 建 的 铝 合 金 结 构 ,图 1 图 6给 出 了 部 分 建筑 的 照 片 。 从 表 1可 以 看 出 ,目 前 我 国 已 建 和 在 建 的铝 合 金 结 构 主 要 有 三 种 类 型 :单 层 球 面 网 壳 、 螺 栓 球 节点 网 架 和 双 层 网 壳 。铝 合 金 单 层 球 面 网 壳 的 主 要 特 点 是 :结 构 几 何 形状 由 单 层 球 面
11、 (或 椭 球 面 )所 划 分 得 到 的 三 向 网 格 组成 ;网 壳 杆 件 多 为 H型 截 面 ,节 点 处 采 用 螺 栓 将 上 下弧 形 圆 盘 盖 板 和 杆 件 上 下 翼 缘 连 接 。 目 前 我 国 建 成 的单 层 球 面 铝 合 金 网 壳 有 5幢 (天 津 平 津 战 役 纪 念 馆 、上 海 国 际 体 操 中 心 、 上 海 马 戏 城 、 上 海 科 技 馆 和 湖 南 长沙 招 商 服 务 中 心 ) ;拟 建 的 有 1幢 (上 海 悦 达 广 场 云 顶状 铝 合 金 网 壳 )。 上 海 科 技 馆 单 层 球 面 网 壳 的 长 轴 长67m
12、 ,短 轴 长 51m,矢 高 4212m,是 目 前 国 内 跨 度 和 体型 最 大 的 铝 合 金 单 层 球 面 网 壳 。铝 合 金 螺 栓 球 节 点 网 架 的 主 要 特 点 是 :网 架 为 双层 ,杆 件 均 采 用 圆 管 截 面 ,连 接 节 点 采 用 螺 栓 球 节 点 。铝 管 杆 件 和 锥 头 连 接 通 常 采 用 焊 接 ,但 焊 接 会 极 大 地降 低 铝 合 金 的 强 度 ,中 国 建 筑 科 学 研 究 院 开 发 了 一 种新 型 专 利 技 术 ,采 用 冷 加 工 的 方 法 连 接 铝 管 和 锥 头 ,能够 减 小 焊 接 带 来 的
13、强 度 损 失 ,并 应 用 在 多 项 实 际 工 程中 。 由 于 铝 管 和 锥 头 连 接 技 术 的 限 制 ,国 内 目 前 建 成的 铝 合 金 螺 栓 球 节 点 网 架 跨 度 多 在 30m以 下 ,体 型 均较 小 ,如 北 京 航 天 实 验 研 究 中 心 零 磁 试 验 室 铝 合 金 网架 、 湖 北 清 江 游 泳 馆 屋 顶 、 航 天 509所 铝 合 金 网 架 、 无锡 汽 车 销 售 中 心 铝 网 架 等 。铝 合 金 双 层 网 壳 的 主 要 特 点 是 :网 壳 为 双 层 ,弦 杆多 采 用 H型 截 面 ,腹 杆 多 采 用 圆 管 截 面
14、 ,腹 杆 和 弦 杆之 间 采 用 不 锈 钢 螺 栓 连 接 。 目 前 我 国 建 成 的 铝 合 金 双层 网 壳 有 上 海 植 物 园 展 览 温 室 和 上 海 浦 东 游 泳 馆 。 上海 浦 东 游 泳 馆 屋 盖 是 一 种 双 层 圆 柱 面 正 放 四 角 锥 网壳 ,平 面 尺 寸 ( 5410 5810) m 7210m (一 边 带 圆 弧形 ) ,网 壳 厚 214m,曲 率 半 径 100m ,连 同 铝 合 金 屋 面 板总 重 量 为 92163 t。表 1 我 国 主 要 的 已 建 和 拟 建 铝 合 金 空 间 结 构Tab le 1 Som e a
15、 lum inum a llo y sp ace struc tu re s in C h ina序 号 项 目 名 称 竣 工 日 期 概 况 参 考 文 献1 天 津 市 平 津 战 役 纪 念 馆 1996年 单 层 球 面 网 壳 ,底 平 面 直 径 4516m,矢 高 33183m,最 大 球 面直 径 481945m,节 点 采 用 弧 形 板 连 接 。 文 献 1 图 12 上 海 国 际 体 操 中 心 1997年 单 层 扁 球 面 网 壳 ,其 平 面 直 径 68m,矢 高 1119m,球 面 曲 率 半径 55137m,节 点 采 用 弧 形 板 连 接 。 文 献
16、 2 图 23 上 海 浦 东 游 泳 馆 1997年 双 层 圆 柱 面 正 放 四 角 锥 网 壳 ,平 面 尺 寸 ( 5410 5810 ) m 7210m (一 边 带 圆 弧 形 ) ,网 壳 厚 214m,曲 率 半 径 100m。 文 献 3 图 34 上 海 马 戏 城 1999年 单 层 球 面 网 壳 ,直 径 5016m,矢 高 28m。 文 献 4 5 北 京 城 建 集 团 北 苑 宾 馆游 泳 池 屋 面 铝 合 金 网 架 1999年 双 层 网 架 ,跨 度 1316m,长 度 3312m,网 架 厚 度 1m,螺 栓 球 节点 。 文 献 5 6 北 京 航
17、 天 实 验 研 究 中 心零 磁 试 验 室 铝 合 金 网 架 2000年 双 层 网 架 , 长 度 30m, 跨 度 22m, 高 度 12m, 展 开 面 积 约1900m2 ,螺 栓 球 节 点 。 文 献 6 图 47 无 锡 汽 车 销 售 中 心 铝 网 架 2000年 周 边 支 承 双 层 网 架 ,最 大 跨 度 1910m,展 开 面 积 410m2 ,网 架厚 度 1m,螺 栓 球 节 点 。 文 献 5 8 北 京 香 青 园 游 泳 馆 屋 盖 2000年 双 层 筒 壳 , 跨 度 16m, 长 度 3016m, 厚 度 019m, 展 开 面 积833m2
18、,螺 栓 球 节 点 。 文 献 5 9 上 海 科 技 馆 2001年 单 层 椭 球 面 网 壳 ,长 轴 长 67m,短 轴 长 51m,矢 高 4212m。 文 献 7 图 510 上 海 植 物 园 展 览 温 室 2001年 双 层 网 壳 ,网 架 高 度 2m,平 面 尺 寸 81m 66m,主 屋 面 桁 架 最大 跨 度 24m。 文 献 8 图 611 湖 北 清 江 游 泳 馆 屋 顶 2001年 双 层 单 曲 率 弧 形 网 架 ,长 38m,宽 231226m,展 开 面 积 930m2 ,螺 栓 球 节 点 。 文 献 5 12 航 天 509所 铝 合 金 网
19、 架 2002年 双 层 网 架 ,螺 栓 球 节 点 ,展 开 面 积 约 460m2。13 湖 南 长 沙 招 商 服 务 中 心 2005年 单 层 球 面 网 壳 ,球 面 直 径 42m,矢 高 23m。 文 献 9 图 714 上 海 悦 达 广 场 云 顶 状 铝 合 金 网 壳 拟 建 云 状 单 层 网 壳 ,由 3个 球 面 和 2个 马 鞍 面 相 交 得 到 ,最 大 跨度 约 42m,投 影 面 积 约 4000m2。 图 8101图 1 天 津 平 津 战 役 纪 念 馆Fig11 Tianjin Pingjin Campaign Memorial图 2 上 海 国
20、 际 体 操 中 心Fig12 Shanghai International Gymnasium图 3 上 海 浦 东 游 泳 馆Fig13 Shanghai Pudong Natatorium图 4 北 京 航 天 实 验 研 究 中 心 零 磁 试 验 室Fig14 A zero magnetism lab in Beijing图 5 上 海 科 技 馆Fig15 Shanghai Science and TechnologyMuseum图 6 上 海 植 物 园 展 览 温 室Fig16 A greenhouse in Shanghai A rboretum图 7 长 沙 招 商 服 务
21、 中 心Fig17 Changsha Investment Service Center图 8 上 海 悦 达 广 场 云 顶 状 铝 合 金 网 壳Fig18 Shanghai Yueda Plaza除 了 上 述 三 类 空 间 结 构 ,铝 合 金 还 在 建 筑 施 工 和建 筑 装 饰 中 得 到 了 大 量 应 用 。 如 施 工 用 的 铝 合 金 脚 手架 、 铝 合 金 抱 杆 以 及 轻 型 铝 合 金 塔 架 等 ,而 铝 合 金 幕 墙框 架 的 应 用 则 更 是 不 计 其 数 。2012 国 外 研 究 现 状 简 述国 外 从 20世 纪 40年 代 就 开 始
22、 了 对 铝 合 金 结 构 的研 究 。 经 过 近 70年 的 发 展 ,铝 合 金 结 构 的 研 究 已 经 比较 成 熟 ,从 铝 合 金 的 材 料 特 性 、 构 件 计 算 、 连 接 设 计 、 防火 设 计 ,到 铝 合 金 结 构 的 整 体 计 算 ,都 有 相 当 多 的 研 究成 果 。 目 前 国 外 研 究 热 点 多 集 中 在 铝 合 金 的 局 部 稳定 、 铝 合 金 的 疲 劳 问 题 、 受 弯 构 件 的 变 形 性 能 和 铝 合 金T型 连 接 等 方 面 。铝 合 金 材 料 的 应 力 2应 变 曲 线 没 有 明 显 的 屈 服 平台 ,
23、而 是 一 条 连 续 光 滑 的 曲 线 。 国 外 对 于 铝 合 金 的 本构 关 系 进 行 过 十 分 深 入 的 研 究 。 早 在 1939 年 ,Ramberg和 O sgood就 提 出 了 著 名 的 Ramberg2O sgood模 型 10 = E + Bn(1)式 中 , 代 表 应 变 , 代 表 应 力 , E为 弹 性 模 量 , B 和 n为 根 据 试 验 确 定 的 参 数 。 该 模 型 采 用 3个 参 数 E、 B和 n来 描 述 铝 合 金 的 本 构 关 系 ,其 表 达 式 十 分 简 洁 ,各参 数 的 物 理 意 义 明 确 ,与 铝 合
24、金 的 实 际 本 构 关 系 十 分接 近 ,现 在 已 被 广 泛 采 用 。 指 数 n对 铝 合 金 的 本 构 关系 曲 线 影 响 很 大 ,而 几 乎 所 有 的 规 范 都 没 有 明 文 规 定指 数 n的 数 值 ,这 给 该 模 型 的 实 际 应 用 带 来 了 不 便 。为 了 解 决 这 一 问 题 ,不 少 学 者 提 出 了 不 同 的 建 议 ,SteinHardt于 1971提 出 了 一 个 简 单 的 建 议 11 ,即10n = f012 (M Pa) (2)由 于 该 建 议 十 分 简 洁 明 了 ,而 且 和 铝 合 金 的 实 际 特 性也 十
25、 分 接 近 ,因 此 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 后 来 也 有 学 者提 出 了 其 他 本 构 关 系 模 型 ,如 1959 年 的 Sutter 模型 12 , 1961年 的 Baehre模 型 13 , 1972年 的 Mazzonlani模 型 14215 等 。无 论 是 钢 结 构 还 是 铝 合 金 结 构 ,对 轴 心 受 压 构 件极 限 承 载 力 的 研 究 无 疑 都 是 最 为 关 键 的 一 个 课 题 。 影响 轴 心 受 压 构 件 极 限 承 载 力 的 一 个 重 要 因 素 是 初 始 缺陷 ,初 始 缺 陷 主 要 包 括 残 余 应 力
26、 和 初 始 弯 曲 。 构 件 截面 上 的 残 余 应 力 主 要 和 构 件 的 加 工 方 法 有 关 。Mazzolani通 过 试 验 研 究 16217 发 现 ,铝 合 金 挤 压 型 材 的残 余 应 力 普 遍 很 小 ,一 般 小 于 20MPa。 这 和 热 轧 钢 构件 有 所 不 同 ,钢 构 件 中 的 残 余 应 力 会 达 到 其 屈 服 强 度的 013 015倍 ,是 一 种 严 重 的 缺 陷 ;而 在 铝 合 金 挤 压型 材 中 ,这 种 影 响 几 乎 可 以 忽 略 不 计 。 美 国 的 H ill 18 和 英 国 剑 桥 大 学 19221
27、 先 后 对 铝 合 金 焊 接 型 材 的 残 余应 力 进 行 了 研 究 ,发 现 最 大 残 余 压 应 力 为 基 准 应 力 的20%左 右 ,他 们 还 给 出 了 典 型 的 H型 截 面 、 箱 型 截 面的 残 余 应 力 模 型 。为 了 确 定 铝 合 金 轴 压 构 件 的 极 限 承 载 力 ,美 国 早在 20世 纪 30 40年 代 就 进 行 了 大 量 的 轴 心 受 压 构 件试 验 22226 ,不 过 当 时 的 试 验 手 段 比 较 陈 旧 ,因 此 仅 给出 了 一 些 定 性 的 结 果 ; 20世 纪 60年 代 前 后 ,美 国 又 进行
28、了 一 批 焊 接 铝 合 金 轴 心 受 压 构 件 试 验 27231 ,并 给 出了 焊 接 构 件 稳 定 系 数 的 计 算 公 式 。 欧 洲 对 铝 合 金 轴 心受 压 构 件 的 系 统 试 验 研 究 开 始 于 1970年 之 后 。 1970 1972年 ,在 列 日 大 学 (University of L iege)进 行 了 一批 挤 压 型 材 构 件 试 验 32236 , 1974 1977年 意 大 利 进 行了 一 批 焊 接 构 件 的 试 验 37240 。 通 过 大 量 的 试 验 和 计算 机 数 值 模 拟 41244 ,欧 洲 铝 合 金
29、结 构 委 员 会 ( ECCS)采 用 了 3条 2 曲 线 来 计 算 轴 心 受 压 构 件 的 整 体 稳 定性 45 。 20世 纪 80年 代 以 后 ,国 外 对 轴 心 受 压 构 件 的研 究 已 经 基 本 完 成 ,后 期 的 研 究 主 要 集 中 在 非 对 称 截面 杆 件 、 变 截 面 杆 件 的 整 体 稳 定 问 题 以 及 新 规 范 的 修订 工 作 上 。 纵 观 欧 洲 各 国 现 行 规 范 45247 ,轴 心 受 压 构件 稳 定 系 数 的 计 算 公 式 基 本 上 都 采 用 了 perry公 式 = 12 2 2 + 1 +0 - 2
30、+ 1 +02 - 4 2(3)式 中 为 正 则 化 长 细 比 、 0 为 等 效 缺 陷 。 各 国 规 范 只是 在 计 算 等 效 缺 陷 0 时 略 有 不 同 。最 早 对 受 弯 构 件 整 体 稳 定 性 进 行 研 究 的 同 样 是 美国 。 在 1950年 以 前 ,美 国 就 进 行 了 大 量 的 铝 合 金 受 弯构 件 的 试 验 48253 ,并 给 出 了 计 算 受 弯 构 件 整 体 稳 定 性的 拟 合 公 式 。 而 欧 洲 对 于 铝 合 金 受 弯 构 件 的 研 究 开 始于 1970年 之 后 , ECCS通 过 试 验 和 理 论 研 究
31、,提 出 梁 的整 体 稳 定 系 数 的 计 算 公 式 45 为 b = 11+ 412 (4)式 中 , = M p / M cr 为 受 弯 构 件 弯 扭 稳 定 的 正 则 化长 细 比 , M p 为 梁 截 面 的 塑 性 铰 弯 矩 , M cr 为 梁 的 弹 性临 界 弯 矩 。随 着 科 学 技 术 的 进 步 和 人 们 对 受 弯 构 件 认 识 的 加深 ,最 新 的 研 究 通 常 将 梁 的 截 面 塑 性 发 展 性 能 、 板 件 局部 屈 曲 、 截 面 的 畸 变 等 因 素 和 梁 的 整 体 稳 定 一 起 进 行301分 析 54258 。 根
32、据 截 面 的 塑 性 发 展 性 能 , 欧 洲 规 范EC9 46 将 梁 截 面 分 为 4类 :延 性 截 面 (截 面 能 达 到 塑性 铰 弯 矩 ,具 有 足 够 转 动 能 力 )、 半 延 性 截 面 (截 面 可以 达 到 塑 性 铰 弯 矩 ,但 转 动 能 力 有 限 )、 非 延 性 截 面(截 面 不 能 达 到 塑 性 铰 弯 矩 )和 薄 壁 截 面 (局 部 屈 曲 先于 整 体 失 稳 出 现 )。 各 类 截 面 梁 的 整 体 稳 定 系 数 仍 然采 用 Perry公 式 作 为 表 达 式 b = 12 2 2 + 1 +0 - 2 + 1 +02
33、- 4 2(5)式 中 , = M p / M cr ,对 于 不 同 类 型 的 截 面 ,采 用 不同 的 截 面 塑 性 发 展 系 数 。对 于 压 弯 构 件 的 整 体 稳 定 性 的 计 算 ,一 般 采 用 相关 公 式 的 办 法 来 解 决 。 铝 合 金 压 弯 构 件 的 相 关 公 式 最早 是 由 美 国 的 Clark和 H ill提 出 来 的 ,计 算 公 式 为P Py +MM p 1 - P / Pcr 1 (6)式 中 , P和 M分 别 为 轴 向 荷 载 和 弯 矩 ; Py为 轴 心 受 压构 件 的 破 坏 荷 载 ; Pcr 为 欧 拉 临 界
34、 荷 载 ; M p 为 截 面 的塑 性 铰 弯 矩 。 对 这 个 公 的 验 证 主 要 是 20世 纪 50年 代在 美 国 进 行 的 试 验 研 究 59262 。 欧 洲 在 20世 纪 80年 代也 对 铝 合 金 压 弯 构 件 进 行 了 试 验 研 究 63265 ,提 出 了 类似 的 相 关 公 式 。 纵 观 欧 美 各 国 现 行 规 范 45247, 66267 ,压弯 构 件 计 算 公 式 的 基 本 形 式 是 相 同 的 ,均 采 用 了 相 关公 式 的 计 算 方 法 ,只 是 相 关 曲 线 的 形 状 略 有 不 同 。从 上 述 分 析 可 以
35、 看 出 ,国 外 对 铝 合 金 结 构 构 件 的研 究 已 经 比 较 成 熟 ,对 于 构 件 的 研 究 已 经 基 本 完 成 ,欧美 各 国 都 在 各 自 试 验 研 究 的 基 础 上 制 定 自 己 的 规 范 和规 程 。3 国 内 研 究 现 状 综 述国 内 对 铝 合 金 结 构 的 研 究 始 于 20世 纪 80年 代 ,其 发 展 过 程 可 以 粗 略 的 划 分 为 三 个 阶 段 。 第 一 阶 段 在1996年 以 前 ,主 要 是 对 国 外 文 献 的 翻 译 和 对 国 外 技 术的 引 进 ,如 1992年 出 版 了 由 谭 祝 梅 翻 译
36、的 铝 合 金 结构 68 一 书 。 第 二 阶 段 为 1996年 2004年 ,我 国 建成 了 多 座 铝 合 金 空 间 结 构 ,研 究 内 容 也 日 趋 广 泛 ,包 括材 料 特 性 、 轴 心 受 压 构 件 、 格 构 式 压 杆 和 异 形 截 面 压 杆的 承 载 力 、 螺 栓 球 节 点 的 承 载 力 、 铝 管 和 锥 头 的 连 接 技术 等 等 。 上 海 地 区 出 版 了 铝 合 金 格 构 结 构 技 术 规程 69 ,中 国 建 筑 科 学 研 究 院 开 发 了 铝 合 金 螺 栓 球 节点 网 架 成 套 技 术 5 。 第 三 阶 段 是 2
37、004年 至 今 ,铝 合 金结 构 的 研 究 更 加 深 入 和 广 泛 ,研 究 内 容 涉 及 到 铝 合 金结 构 的 各 个 方 面 ,更 为 注 重 研 究 的 集 成 化 和 产 业 化 ,并力 图 将 研 究 提 高 到 可 靠 度 分 析 的 高 度 。311 本 构 关 系由 于 国 外 的 研 究 已 经 比 较 成 熟 ,国 内 所 面 临 的 主要 问 题 是 这 些 经 典 模 型 能 否 适 用 于 国 产 结 构 用 铝 合金 。 目 前 国 内 的 大 多 数 研 究 是 从 微 观 角 度 出 发 的 ,对于 宏 观 表 现 的 本 构 关 系 研 究 很
38、 少 。 2004年 ,李 敬 勇 等人 72 曾 对 舟 桥 结 构 用 铝 合 金 进 行 过 试 验 研 究 ,并 提 出由 于 热 处 理 工 艺 的 影 响 ,国 产 结 构 用 铝 合 金 的 本 构 关系 在 应 变 后 期 并 不 适 用 于 Ramberg2O sgood方 程 ,但 该文 献 没 有 提 出 新 的 本 构 关 系 方 程 。 其 余 很 少 再 有 文 献对 这 方 面 进 行 研 究 。312 物 理 力 学 性 能尽 管 我 国 早 已 成 为 世 界 第 一 大 铝 型 材 生 产 和 消 费国 ,每 年 所 进 行 的 铝 合 金 拉 伸 试 验
39、不 计 其 数 ,但 由 于 缺乏 合 理 的 数 据 保 留 共 享 机 制 ,因 此 ,目 前 国 内 还 是 缺 乏足 够 的 统 计 数 据 。 我 国 的 国 家 标 准 铝 合 金 建 筑 型材 ( GB /T 5237) 73 中 规 定 了 国 产 结 构 用 铝 合 金 的f012和 fu的 标 准 值 ,但 未 给 出 f012和 fu的 统 计 参 数 ;而 且没 有 给 出 弹 性 模 量 E的 标 准 值 和 统 计 参 数 。 由 于 缺乏 材 料 的 物 理 力 学 性 能 的 统 计 参 数 ,因 此 上 海 市 铝合 金 格 构 结 构 技 术 规 程 69
40、无 法 根 据 可 靠 度 分 析 来 确定 抗 力 分 项 系 数 ,只 能 用 美 国 规 范 所 采 用 的 安 全 系 数除 以 荷 载 分 项 系 数 的 办 法 来 确 定 抗 力 分 项 系 数 。313 轴 心 受 压 构 件轴 心 受 压 构 件 是 我 国 研 究 得 最 为 深 入 的 内 容 之一 。 早 在 1999年 ,同 济 大 学 罗 永 峰 、 季 跃 74275 和 李明 76277 等 进 行 了 一 批 铝 合 金 轴 心 受 压 构 件 试 验 ,并 分别 提 出 了 铝 合 金 轴 心 受 压 构 件 的 计 算 公 式 。 2000年 ,沈 祖 炎
41、 、 郭 小 农 等 人 又 以 上 海 植 物 园 展 览 温 室 铝 合 金网 架 工 程 为 背 景 ,进 行 了 一 批 轴 心 受 压 构 件 和 节 点 试验 ,并 引 用 了 李 明 等 人 的 试 验 结 果 ,提 出 了 铝 合 金 轴 心受 压 构 件 稳 定 系 数 的 计 算 公 式 78279 。 随 着 时 间 的 推移 ,我 国 后 来 又 进 行 了 大 批 的 铝 合 金 轴 心 受 压 构 件 试验 : 2002年 中 国 航 空 工 业 规 划 设 计 研 究 院 孟 祥 武 等 人进 行 了 9根 圆 管 轴 压 构 件 试 验 80 ; 2004年 西
42、 安 建 筑 科技 大 学 李 源 等 人 进 行 了 26根 圆 管 轴 压 构 件 试 验 81 ;4012004年 西 安 建 筑 科 技 大 学 李 新 忠 等 人 进 行 了 50根 圆管 轴 压 构 件 试 验 82 ; 2005年 同 济 大 学 的 张 其 林 、 金 鑫等 人 进 行 了 22根 轴 压 构 件 试 验 ,截 面 类 型 包 括 L型 、 T型 和 C型 83 。 除 了 上 述 试 验 ,国 内 也 有 一 些 学 者 采 用数 值 计 算 结 果 并 结 合 他 人 试 验 数 据 提 出 了 铝 合 金 轴 心受 压 构 件 的 计 算 方 法 84 ,
43、此 处 就 不 作 赘 述 。 根 据 上 述文 献 可 以 看 出 ,目 前 国 内 对 铝 合 金 轴 心 受 压 构 件 研 究得 较 为 深 入 ,有 比 较 丰 富 的 试 验 数 据 ,也 各 自 提 出 了 轴压 构 件 的 计 算 公 式 。 但 这 些 研 究 均 是 针 对 非 焊 接 构 件进 行 的 ,小 长 细 比 试 件 较 少 ,主 要 截 面 类 型 是 圆 管 ,其他 截 面 类 型 较 少 ,弯 扭 失 稳 的 试 验 数 据 较 少 ;而 且 这 些试 验 数 据 并 没 有 集 中 统 一 的 进 行 分 析 。 因 此 ,还 有 必要 补 充 部 分
44、试 验 ,并 整 理 国 内 所 有 的 试 验 数 据 进 行 统一 分 析 。国 内 对 格 构 式 轴 压 构 件 也 曾 进 行 过 试 验 研 究 ,1999年 ,文 献 85 87 进 行 了 7根 格 构 柱 的 试 验(格 构 柱 主 材 为 4根 L型 铝 ,缀 材 为 L型 铝 缀 条 ,缀 条和 主 材 之 间 为 铆 接 ) ,并 根 据 试 验 结 果 得 出 了 缀 条 应力 的 计 算 公 式 。314 偏 压 构 件我 国 目 前 对 于 铝 合 金 偏 压 构 件 的 研 究 要 比 轴 压 构件 少 得 多 。 较 早 的 文 献 见 于 2004年 ,罗
45、小 燕 等 采 用 了数 值 分 析 的 方 法 提 出 了 H型 截 面 铝 合 金 偏 压 构 件 在弯 曲 平 面 内 失 稳 的 计 算 方 法 88 ;由 于 缺 乏 轴 压 构 件 的研 究 基 础 ,该 文 提 出 的 相 关 公 式 采 用 最 大 强 度 准 则 ,公式 中 没 有 出 现 轴 压 稳 定 系 数 ;这 和 目 前 各 国 规 范 中 通用 的 公 式 不 符 ,也 缺 乏 试 验 的 验 证 。 2005年 同 济 大 学张 铮 等 人 89290 进 行 了 18根 H型 截 面 的 偏 心 受 压 构 件的 试 验 ,并 通 过 数 值 计 算 和 拟
46、合 分 析 ,得 出 了 铝 合 金 偏压 构 件 弯 曲 失 稳 和 弯 扭 失 稳 的 计 算 公 式 ;文 献 90 分析 全 面 ,试 验 数 据 丰 富 ,为 我 国 铝 合 金 结 构 设 计 规范 (征 求 意 见 稿 ) 70 的 编 制 提 供 了 基 础 ;但 其 所 研 究的 截 面 类 型 比 较 单 一 ,主 要 限 于 H型 、 箱 形 等 ,而 且 试验 数 据 也 颇 嫌 不 足 。除 了 实 腹 型 截 面 以 外 ,铝 合 金 格 构 截 面 构 件 也 常用 作 压 弯 构 件 ,这 种 压 弯 构 件 多 见 于 施 工 用 塔 架 中 。早 在 199
47、4年 ,高 振 峰 等 人 就 对 偏 心 受 压 的 铝 合 金 轻 型塔 架 进 行 过 试 验 研 究 91 ,这 种 塔 架 由 3根 或 4根 管 材组 成 ,缀 材 是 开 孔 的 铝 板 ,属 于 缀 板 柱 ; 1999年 ,王 衍林 也 进 行 了 一 个 偏 心 受 压 格 构 式 塔 架 的 试 验 研 究 92 ,塔 架 杆 件 由 4根 L型 铝 组 成 ,缀 条 也 是 L型 铝 ,缀 条 和主 材 之 间 采 用 铆 钉 连 接 。 文 献 91 和 文 献 92 仅 根据 试 验 结 果 对 试 件 的 安 全 性 作 出 了 评 价 ,并 没 有 提 出格 构
48、 截 面 压 弯 构 件 的 计 算 方 法 。315 受 弯 构 件目 前 国 内 对 于 铝 合 金 受 弯 构 件 的 研 究 很 少 ,而 且大 多 研 究 均 是 基 于 数 值 分 析 。 2006 年 , 石 永 久 等人 93 采 用 数 值 方 法 计 算 了 126根 梁 的 荷 载 挠 度 曲 线 ,研 究 了 铝 合 金 的 材 料 非 线 性 对 受 弯 构 件 变 形 的 影 响 ,并 提 出 了 计 算 铝 合 金 梁 挠 度 的 拟 合 公 式 。 张 银 龙 等人 94 采 用 数 值 方 法 计 算 了 焊 接 铝 合 金 梁 的 临 界 荷 载 ,分 析 了 热 影 响 区 对 铝 合 金 梁 的 临 界 荷 载 的 影 响 。 2005年 ,同 济 大 学 的 张 其 林 、 吴 亚 舸 等 人 95 研 究 了 铝 合 金梁 的 弯 曲 性 能 ,得 出 了 铝 合 金 的 塑 性 截 面 发 展 系 数 ;同时 还 研 究 了 铝 合 金 梁 的 弯 扭 失 稳 整 体 稳 定 性 ,进 行 了24根 梁 的 整 体 稳 定 性 试 验 (梁 截 面 包 括 H型 和 C型 2种 ) ,提 出 了 铝 合 金 梁 整 体 稳 定 的 计 算 公 式 ,并 将 研 究成 果 应 用 到 了 铝
