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至德钢业不锈钢方管抗压折弯试验要点及数据

来源:至德钢业 日期:2019-12-23 23:59:40 人气:575

  至德钢业不锈钢方管抗压试验中设计并制作8组试件,每组2个相同试件,共16个试件,具体见表。每个试件由一个节点体和两根对称布置的杆件组成。图给出了试件主要几何尺寸及构造,考虑对称性仅图示一侧杆件。试件类似于水平简支梁,对其进行四点弯曲试验。杆件采用不锈钢方管,其截面规格均为150mm×150mm×4mm,杆长1500 mm。各组试件主要考察螺栓直径、杆件端板厚度、杆件端板距节点体距离及杆件开孔对节点性能的影响。A组为基本试件,采用M24螺栓,杆件端板厚25mm,端板距节点体4 mm; B组、C组试件用于分析螺栓直径的影响,分别采用M20、M16螺栓; D组、E组试件用于分析杆件端板厚度的影响,端板厚分别取为20、16 mm; F组试件用于分析端板距节点体距离的影响,距离取为30 mm;G组、H组试件用于分析杆件开孔的影响,G组试件在杆件腹板开设80 mm×100 mm矩形孔,H组试件则在翼缘开设80 mm×70 mm矩形孔,开孔位置均靠近杆件端部,孔边距杆端(不含端板)55 mm。


  杆件及节点体均采用304不锈钢方管,每根杆件通过2个高强螺栓与节点体连接,螺栓规格M16~M24,强度等级为10.9s。为便于节点装配,杆件端板上的光壁圆孔直径比螺栓直径大2mm。为提高节点的受弯能力,同一杆件上2个螺栓的间距取满足构造要求的最大值。设计中考虑节点体为刚体,为此,节点体采用厚壁六边棱柱筒,螺栓连接处的筒壁厚度为30mm,这不仅保证节点体的刚度,而且保证螺栓的连接强度。为便于试验加载,杆件端部设置一块厚度20mm的支座加载板。试件的装配过程简单、方便,借助常规扳手即可顺利完成装配,装配完成后的部分试件见图。图为杆件不开孔的A组试件,杆件端板与节点体之间有一定距离。图为翼缘开孔的H组试件,与图所示节点的连接方式类似。G组、H组试件均利用杆件开孔安装螺栓,杆件端板与节点体为顶紧状态。


  对杆件不锈钢方管进行了钢材拉伸试验。在杆件翼缘与腹板处各取3个试样,实测应力-应变曲线见图,其中代表取自钢管翼缘的试样,代表取自腹板试样。由图可见,两组试样抗拉强度相近,但翼缘处试样的屈服强度大于腹板处试样,且无明显屈服平台。其原因是该批矩形钢管在加工成形过程中,翼缘处钢板进行了类似冷拉处理。翼缘处3个试样的屈服强度、抗拉强度、弹性模量的平均值。由于试件在加载时钢管翼缘为主要受力区域,故后文有限元分析中材料本构直接采用翼缘处试样的平均应力-应变关系。根据试验结果,钢材应变达到即进入屈服。


  四点弯曲试验的加载装置如图7所示。加载时千斤顶通过一根分配梁对试件进行逐级加载,并通过力传感器采集荷载的实时数据。分配梁支座间距为700 mm,试件在分配梁支座间为纯弯段。每组试件在预加载后进行分级加载,加载过程中通过应变计实时数据监控试件应力发展情况。采用力控制加载,加载初期每级荷载增量为试件预估极限荷载的10%,待各项读数稳定后进入下一级加载,当观测到有应变测点进入屈服后,每级荷载增量为1 kN,当试件达到其极限荷载时,加载结束。为记录试件在加载过程中的变形发展,在支座加载板、分配梁支座、杆件端板及节点中心处共布置了7个竖向位移传感器,具体位置见图。图给出了节点一侧杆件上的应变测点布置,另一侧杆件的测点对称布置。靠近节点的纯弯段为杆件的主要受力区域,在该区域杆件的上下翼缘和腹板两侧布置了12个应变测点,在远离节点的杆件中部翼缘处布置了4个测点。


  弯矩-转角曲线是评价节点受弯性能的重要指标,图给出了各组不锈钢方管试件的弯矩-转角曲线,可见,各组两个试件的试验结果总体吻合良好,其中F组和H组两个试件的结果偏差相对较大。这是由于试件在加载过程中由于意外使一颗螺栓的螺纹先行失效破坏,导致其承载力远低于试件;另外,由于加工原因,试件的翼缘开孔面积小于按设计要求开孔的试件,导致其承载力略高。由图可知,各不锈钢方管试件的弯矩-转角曲线呈现明显的弹塑性特征。以A组试件为例,在加载初期,试件各部分均处于弹性阶段,弯矩-转角曲线接近直线。随着荷载增加,杆件翼缘屈服,弯矩-转角曲线斜率降低。加载结束时,除了处于中性轴附近的中心测点,杆件腹板上其余测点的应变均已超过0.0014,认为杆件已接近全截面屈服,达到其极限荷载。因此,该类装配式节点在以杆件承载力控制的失效模式下,其受弯性能呈现明显的弹塑性特征。


本文标签:不锈钢方管 

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