不锈钢构件螺栓连接点及焊接工形截面残余应力研究

摘要

自2006年以来我国不锈钢产量一直居于世界首位，随着我国不锈钢产量的提高和加工工艺的改进，不锈钢在建筑结构中的应用也越来越多。然而针对不锈钢在建筑结构中应用的研究还相对较少，不能满足其在工程应用中的需求。迄今为止我国还没有一部有关不锈钢结构设计的规范或者规程，这严重制约了不锈钢在土木工程中的发展。本文主要针对不锈钢构件螺栓连接节点以及不锈钢焊接工形截面的残余应力进行了研究，为我国《不锈钢结构技术规程》的编制提供试验依据。
　　首先，通过算例对比分析了欧洲规范1993-1-4、美国规范SEI/ASCE8-02、澳大利亚和新西兰规范AS/NZS4673、日本不锈钢建筑结构设计标准对螺栓连接节点的连接板净截面承载力和承压承载力、螺栓的受剪、受拉承载力和剪力拉力联合作用承载力的设计公式。分析了各国规范计算结果存在差异的原因，明确了中国钢结构设计规范不适合直接用来计算不锈钢螺栓连接，需进行系统的研究。
　　其次，采用有限元软件建模，采用有限元数值分析法研究了不锈钢构件螺栓连接节点的承压性能，明确了端距、板厚、螺栓直径等影响因素对承压性能的影响，在有限元分析的基础上进行了国产奥氏体316不锈钢螺栓连接节点的承压性能试验研究，并将其与同等级欧洲奥氏体不锈钢1.4401进行了对比。通过试验和有限元分析结果的对比分析验证了有限元结果的正确性。进而在有限元参数化分析的基础上提出了承压承载力计算公式。
　　再次，对国产奥氏体316不锈钢构件螺栓连接中螺栓的应变松弛以及不锈钢构件螺栓连接的抗滑移系数进行试验研究。考虑了拉丝、喷砂、压痕以及未经处理四种摩擦面处理方式和国产10.9级镀锌、国产奥氏体不锈钢A4-70、德国产奥氏体不锈钢A4-80三种螺栓类型。对12组试件28个螺栓进行了长达47个小时以上预拉应变长时监测，找到了预拉应变随时间的变化规律，并通过预拉应变的松弛值计算出预紧力的损失值，对不锈钢构件螺栓连接中预紧力螺栓的应用和扭矩的检查提出了建议。对12组试件进行抗滑移系数试验，测得了四种不同表面处理和三种不同螺栓类型的抗滑移系数，为施加预拉力螺栓在不锈钢结构中的应用提供试验依据。
　　最后，对不锈钢焊接工形截面的残余应力进行了试验研究。采用分割条带法对6组不同截面尺寸的奥氏体316不锈钢焊接工字形钢进行了残余应力的测量试验，得到了残余应力的数值及分布，并对其分布特点进行了分析，最终提出了适用于奥氏体不锈钢焊接工字形钢的残余应力分布模型，为今后不锈钢焊接工字形构件的稳定研究提供了前提基础。