304不銹鋼矩形管應變性能發展情況分析

  至德鋼業通過應變測點監測不銹鋼矩形管試件各部分的應變發展情況。以試件為例，給出了一側桿件所有測點的荷載-應變曲線，如圖所示，可見桿件受壓區測點應變曲線與受拉區測點基本對稱，這與測點按照桿件對稱軸對稱布置一致。在試驗加載初期，不銹鋼矩形管試件各部分均處于彈性階段;隨著荷載增加，桿件純彎段上下翼緣處測點率先達到屈服應變，進入塑性;進一步增加荷載，桿件純彎段腹板測點也達到屈服應變，至此，純彎段桿件基本全截面屈服，試件達到極限荷載。此外，測點的應變水平始終較低，表明不銹鋼矩形試件加載時中性軸位于該測點附近;測點全程受拉受壓，原因是試件裝配過程中桿件存在一定的扭轉，但應力水平較低，可以忽略。提取各組不銹鋼矩形管試件彈性階段的抗彎剛度、受彎承載力以及測點在試件極限荷載下的應力值進行對比，分析不同參數對節點性能的影響。為便于比較，表中給出了各組試件相對于基本試件的抗彎剛度比及受彎承載力比。通過桿件純彎段翼緣和腹板測點的應變水平，可判斷桿件純彎段截面的應力發展水平。

 對于A組、B組及C組不銹鋼矩形試件，其螺栓規格分別是M24、M20和M16。由表可知，隨著螺栓直徑的減小，節點的抗彎剛度明顯減小，受彎承載力亦顯著降低。根據桿件測點應變結果，A組試件桿件已全截面屈服，B組桿件翼緣處屈服，腹板處測點仍處于彈性階段，C組桿件全截面處于彈性階段。說明B組與C組試件的失效原因并不是桿件達到其承載能力。根據其他各組試驗結果，在B組與C組試件的極限荷載下，厚度25mm的桿件端板均未失效，B組與C組試件的失效原因是螺栓截面屈服(通過簡單計算也可得到螺栓應力與材料屈服強度相當)。因此，通過螺栓拉壓傳遞彎矩的該類節點，高強螺栓是最關鍵的部件，對該類節點的受彎承載力影響顯著。

  A組、D組及E組不銹鋼矩形管試件的端板厚度分別是25、20mm和16mm。隨著端板厚度的減小，節點的抗彎剛度明顯減小。A組和D組試件的受彎承載力基本接近，但E組試件的承載力明顯降低。根據桿件測點應變結果可知，A組和D組試件的桿件已經全截面屈服，但E組試件的桿件尚未全截面屈服;對比其他各組試驗結果可知，在E組試件的破壞荷載下，M24高強螺栓均未屈服;同時在E組試件的加載后期，桿件端板出現可見變形，因此，E組試件的承載力喪失是由端板失效引起。A組和F組試件端板距節點體距離分別是45mm和30mm。隨著端板距節點距離的減小，節點抗彎剛度及受彎承載力都有一定的提高。其原因是該類節點的轉動變形主要是由兩個螺栓的拉壓變形所提供，端板距節點體距離的減小意味著螺栓實際受力長度的減小，在荷載不變的情況下，螺栓的拉壓變形減小，節點轉動變形減小，從而導致節點抗彎剛度增大，這有利于提高節點的受彎性能。因此，設計該類節點時，在滿足裝配要求的前提下，應盡可能減小桿件端板距節點體的距離。

 由以上分析可知，浙江至德鋼業有限公司裝配式不銹鋼矩形管在彎矩作用下的失效模式主要有桿件失效、螺栓失效及桿件端板失效三種。為充分發揮該類節點的受彎性能，設計時應盡可能避免螺栓失效和端板失效。對比A組、G組和H組試件，桿件開孔的G組與H組試件的初始抗彎剛度均稍大于A組試件，其原因是A組試件的桿件端板與節點體之間僅通過螺桿螺母連接，而G組與H組試件的桿件端板與節點體處于頂緊狀態，增強了節點抵抗轉動的能力。但是，G組與H組試件的受彎承載力、變形能力均低于A組試件，這是由于桿件開孔削弱了桿件的受彎承載力，而在保證螺栓、桿件端板強度的情況下，桿件承載力決定了試件承載力。此外，翼緣開孔的H組試件的受彎承載力低于腹板開孔的G組試件，原因是節點受彎時桿件翼緣開孔處為主要受力區域，對不銹鋼矩形管受彎承載力影響較大，而腹板開孔位置位于桿件中性軸附近，受力較小，因此對桿件受彎承載力影響較小。