曾博济 方柏升
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摘要：本文对铝合金压弯构件稳定性的计算方法进行分析，主要介绍了平衡法、能量法与动力法三种，并通过开展实验研究的方式，对平面内与平面外荷载偏心距与稳定承载力间的关系进行分析，力求通过本文研究，使铝合金构件的稳定度得到切实保障。
关键词：铝合金结构；压弯构件；稳定承载力
引言：在建筑结构中，铝合金属于十分重要的结构材料，具有良好的低温性能，可应用于恶劣条件、大胯径的工程项目之中。对铝合金结构来说，在应用过程中由于受压、受弯或受剪等，很可能导致该结构的稳定性受到不良影响，出现整体失稳或者局部失稳等情况，进而影响其承载力，对此应采取有效措施进行完善。
1.铝合金压弯构件稳定性的计算方法
在对结构稳定性进行分析时，主要是对外部荷载作用下出现的变形问题，该变形与研究结构之间出现失稳时，与变形程度相互对应。在对结构变形进行分析时，应考虑到其与荷载之间的非线性关系，因此稳定计算问题属于几何非线性问题，采用二阶分析的方式进行计算，主要的计算方法如下。
1.1平衡法
该法主要是对结构稳定极限进行求解的最为基础的方式。对于带有平衡分叉点的稳定问题来说，在分岔位置带有两个较为相近的平衡点，一个是已经具有微小变形结构的平衡点，另一个是原本结构中的平衡点。该法在应用过程中，是在具有微小变形结构受力条件的基础上，构建平衡方程求得最终解。如若所得出的方程解有多个，则其中最小的一个便是结构分岔荷载。
1.2能量法
如若结构承担着保守力，可在现有变形结构的基础上构建总体势能，计算方式为外力势能与结构应变能之和。如若结构处于平衡状态，则总势能中势必存在驻值。根据驻值的原理可知，先从总体势能中将位移一阶分为零，便可得到平衡方程，然后采用平衡方程对分岔区进行求解。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在小变形理论指导下，该方法的应用只能计算出屈曲荷载的近似值。但如若实现可对屈曲后的变形情况进行了解，并采用该形式进行计算，便可得出最为精准的解[1]。
1.3动力法
对于平衡状态的结构体系来说，如若实施的微小干扰能够发生振动，此时结构变形情况与结构中的荷载存在紧密关联。当荷载的数值低于稳定极限值时，加速度可能与变形的方向相反，因此在干扰去除之后，运动便处于静止状态，该结构中的平衡度趋于稳定；当荷载数值高于稳定值时，加速度与变形的方向一致，即便将干扰去除，运动仍然处于发散状态，此时平衡度不够稳定。
2.铝合金压弯构件稳定承载力的实验
2.1实验概况
在平面范围内开展实验时，主要包括6个绕弱轴受压弯曲构件，6个绕强轴受压弯曲构件，为了确保加载工作顺利进行，在试件两侧分别焊接厚度为20mm左右的铝合金。将试件的截面尺寸进行定义，将x轴设置为强轴，y轴设置为弱轴。在试件安装过程中，轴压实验可使试件界面的形心处于两端支座处于相互重合的状态；在偏压实验过程中，与偏心方向垂直，在绕弱轴受弯曲时，主要针对x轴进行偏心加载，在绕强轴受弯时，主要针对y轴进行偏心加载。对此类构件的弯扭屈曲进行加载时，计算方式较为复杂，尤其是当构件处于弹性弯扭屈曲状态时，可采用N-Mx公式对其进行计算：
式中，NEy代表的是构件轴心受压的情况下弯曲临界力；代表的是构件纵轴的扭转屈曲临界力；ey代表的是偏心距；io代表的是对面对形心的极回转半径。在正式加载过程中，试件均采用先后分级的形式加载，试件的预估承载力可为分级加载提供重要依据，对于任意荷载来说，均可根据承载力的数值对荷载进行定义；任意荷载完毕后，保持1—2分钟不发生变化，当试件变形与应变发展趋于稳定后，可对不同阶段的工作性能进行体现；当荷载数值达到承载力的70%时，截面应变速度增加，通过连续加载的方式对数据进行连续采集，直至事件失稳后才可停止试验。
2.2实验分析
在实验中，当荷载的弹性变形状态较大时，试件跨中截面各个位置的纵向应变处于均衡状态，与荷载呈现正比例关系；虽然试件挠度的不断增加，与荷载之间的线性关系便越发明显，尤其是对于偏心距较大的试件来说，挠度的变化速度便越快；当荷载与极限承载力相接近时，试件突然在平面内出现失稳情况，接着便完全失去承载能力。此时试件中的跨中挠度数值较大，在卸载后的挠度有所缩减，属于弹性变形恢复；由于试件截面的宽度与厚度相对较小，在整个实验阶段，没有试件出现局部扭曲等情况。在偏压实验开展过程中，因上下层之间在支撑与试件间势必存留一定的缝隙，因此当试件失稳后，跨中两侧与支撑试件之间则可能出现微微的位移，导致稳定性受到不良影响[2]。
2.3实验结果
通过上述实验可对铝合金压弯构件在稳定承载力方面的变化情况进行分析，所得的结果如下：
（1）在平面内的荷载偏心距越大、长细比值也就越大，平面内的初始刚度便越小、跨中平面内的挠度便发展得越快，稳定性随之降低；
（2）在平面内起初的缺陷对构件承载力产生较大影响，当初始的缺陷数值越大时，初始刚度便越小，挠度发展速度越快，承载力越弱；
（3）与面外初始缺陷相比，当面内偏心距的缺陷较小时，跨中截面应时刻保持压应变状态。在实验后期，截面突出一侧的压应变会逐渐降低，还可能转变为拉应变；
（4）当平面内的偏心距增加时，试件跨中突出一侧的应变起初便转变为拉应变，在实验后期，跨中截面突出的一侧拉应变数值注浆降低，并可能转变为压应变[3]。
结论：综上所述，本文针对铝合金压弯构件的承载力问题进行分析，介绍了三种计算方法，分别为平衡法、能量法与动力法，并通过开展实验的方式，对平面内与平面外荷载偏心距与稳定承载力间的关系开展分析，通过本文研究，以期为相关行业提供借鉴意义。
参考文献：
[1]张铮. 铝合金结构压弯构件稳定承载力研究[D]. 同济大学, 2018.
[2]翟希梅, 孙丽娟, 赵远征. 6082-T6铝合金箱形与L形截面压弯构件稳定承载力研究[J]. 建筑结构学报, 2018(09):77-86.
[3]杨旭. H型高强铝合金压弯构件稳定承载力试验研究与数值分析[D].天津大学, 2017.
论文作者:曾博济 方柏升
论文发表刊物:《科技新时代》2019年11期
论文发表时间:2020/1/8
标签：荷载论文; 承载力论文; 构件论文; 结构论文; 稳定论文; 铝合金论文; 偏心论文; 《科技新时代》2019年11期论文;