冷彎薄壁型鋼殘余應力測試方法及其影響下軸壓構件整體穩(wěn)定性研究.pdf

1、鋼結構內(nèi)的殘余應力是由于構件的生產(chǎn)和制造過程中產(chǎn)生的塑性變形引起的，是構件尚未承受外力作用前存在于結構內(nèi)部的一種初始自相平衡力系。殘余應力的存在使得結構在承受荷載后殘余應力與荷載作用應力疊加，構件中某些部位將提前達到屈服強度并發(fā)展塑性變形，從而降低了結構構件的剛度和穩(wěn)定性。 測量殘余應力大小和分布規(guī)律的思想是采用分離或破壞構件等手段使殘余應力釋放出來，然后進行測量。傳統(tǒng)的機械切條法(或手工割據(jù))只適用于熱軋型鋼和鋼板焊縫組合的構

2、件中的殘余應力測定，并不適用于冷彎薄壁型鋼。 WengCC，PekozT在上世紀80年代末首先提出了用電化學腐蝕方法測量冷彎薄壁型鋼殘余應力的設想，這種方法利用冷彎薄壁型鋼在特定條件下易被腐蝕的特點，克服了機械或手工切條的弊端帶來的測量冷彎殘余應力的困難，從原理上基本解決了這一測量難題。WengCC，PekozT對冷彎卷邊槽鋼(板厚2.5mm)殘余應力進行了測試，但未公布電化學腐蝕測量的工藝及相關材料配方。90年代我們對用電化學

3、腐蝕測量冷彎薄壁型鋼殘余應力方面初步開展了一些工作，包括電化學腐蝕測量冷彎薄壁型鋼殘余應力的工藝、實驗裝置、腐蝕液的配方、測點的防腐材料的選用等，并對冷彎卷邊角鋼(板厚2.5mm)進行了測試，取得了一些階段性的成果。 在此基礎上，本著提高腐蝕速度、精確測試結果的目的，筆者對用電化學腐蝕方法測試冷彎薄壁型鋼殘余應力展開了進一步研究。本文在試驗工藝上的創(chuàng)新之處有如下幾點： 一、改進了試驗裝置。電化學腐蝕試驗中電源的選擇是非常

4、關鍵的，經(jīng)過對幾種電源的試驗比較，在本試驗中，我們選用了工作狀態(tài)較為穩(wěn)定的WYJ—20000系列直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，腐蝕速度得到了提高。 二、研究配制了新型的性能優(yōu)良的防腐材料，在切條處采用雙層防腐設計： 內(nèi)層選用自配的彈性硅膠，由于該膠具有彈性并能與構件良好的結合，因此較好的避免了切條處應力釋放后引起的應變片脫落失效的問題； 外層選用自配的聚苯乙烯膠，該膠干結速度較快，可以縮短試驗準備階段的時間。 雙層防

5、腐設計更好的保護了應變片，并使之能更好的適應切條處由于應力釋放產(chǎn)生的變形而不脫落，提高了測量精度。 三、改良了試驗電解液的配制方法，并給出了兩種改良后的配方。改良后的電解液使得電化學腐蝕反應過程中試液清澈，沉淀明顯，反應更為直觀。 四、根據(jù)試件樣式，經(jīng)過多次試驗比較，設計了較為合理的陰極切割具形狀，較好的實現(xiàn)了定向腐蝕，提高了腐蝕速度，同時也使得切條形狀更為規(guī)整。 應用工藝改良后的電化學腐蝕測試方法，本文對不同厚

6、度的冷彎帽型截面構件的殘余應力進行了測試，并對試驗結果進行分析，得到了冷彎薄壁型鋼殘余應力分布的一些基本規(guī)律： 一、冷彎薄壁型鋼構件受彎時，沿彎曲的外方向，構件截面表面上存在著受拉殘余應力；而彎曲的內(nèi)方向，構件截面表面上則存在著受壓殘余應力。 二、構件截面上同一位置處的內(nèi)外兩側表面上的殘余壓應力與殘余拉應力在大小上比較接近。 三、在構件截面的轉角區(qū)域，彎曲內(nèi)方向的構件截面表面上存在著最大的殘余壓應力，彎曲外方向的

7、構件截面表面上存在著最大的殘余拉應力。 四、沿構件橫截面周邊其縱向拉、壓殘余應力分布是不均勻的。 五、在帽型截面的兩肢處，由于兩肢上下兩端分別向兩個相反的方向轉彎，兩肢中部冷彎殘余應力很小，接近于零。 六、隨著帽型截面構件厚度的增大，其縱向冷彎殘余應力有增大的趨勢。 結合試驗得到的冷彎薄壁型鋼殘余應力的分布規(guī)律，本文討論了以構件極限荷載為準則確定殘余應力影響下的冷彎薄壁型鋼軸心受壓構件的整體穩(wěn)定系數(shù)的方法