為什么說不銹鋼是理想的建筑金屬材料

  不銹鋼材料具有良好的耐腐蝕性、耐久性以及良好的材料力學(xué)性能，是一種理想的建筑金屬材料，但是我國(guó)目前尚沒有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，嚴(yán)重制約了這種新型材料的推廣。不銹鋼材料是一種典型的非線性材料，其受力性能與普通鋼材相比具有很大差異，因此不能直接套用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。浙江至德鋼業(yè)有限公司采用理論分析、試驗(yàn)研究與有限元計(jì)算相結(jié)合的方式對(duì)焊接不銹鋼梁的強(qiáng)度、變形性能、整體穩(wěn)定性能以及軸心受壓板件的局部屈曲進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，并基于研究成果提出了焊接不銹鋼梁的建議設(shè)計(jì)方法。至德鋼業(yè)研究的主要結(jié)論如下：

（1）基于有限元分析，本文研究了不銹鋼材料系數(shù)、構(gòu)件的幾何尺寸以及荷載作用類型等主要因素對(duì)焊接不銹鋼梁非線性變形性能的影響。由于不銹鋼材料非線性的影響，構(gòu)件在承受較大荷載作用時(shí)，其變形已經(jīng)呈現(xiàn)非線性特征，不能夠按照彈性理論計(jì)算。

（2）根據(jù)有限元分析結(jié)果，給出了不銹鋼材料調(diào)整系數(shù)的計(jì)算方法，通過不銹鋼材料調(diào)整系數(shù)控制構(gòu)件的殘余變形不超過梁長(zhǎng)的1/1000。同時(shí)考慮不銹鋼的材料分項(xiàng)系數(shù)取1.15，取不銹鋼材料調(diào)整系數(shù)小于1/1.15應(yīng)用于焊接不銹鋼梁抗彎強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，既能夠滿足強(qiáng)度要求，又能夠有效控制殘余變形，從而可以按照彈性方法計(jì)算構(gòu)件變形。

（3）控制構(gòu)件殘余變形的方法顯然不能夠充分利用材料，為了充分利用材料，需要給出超過彈性階段后構(gòu)件撓度的計(jì)算方法。首先用理論推導(dǎo)了荷載-撓度的計(jì)算公式，然后根據(jù)參數(shù)化有限元分析結(jié)果，對(duì)公式中的參數(shù)進(jìn)行非線性擬合，從而給出了焊接不銹鋼梁荷載-撓度全曲線的計(jì)算方法。

（4）對(duì)焊接不銹鋼工字形截面受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，所有試件均發(fā)生了整體失穩(wěn)破壞，卸載后的殘余變形呈現(xiàn)正弦波曲線形狀；同時(shí)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了有限元模擬，結(jié)果表明，通過合理建模的有限元分析能夠準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)試件的整體穩(wěn)定承載力，有限元計(jì)算得到的荷載-變形曲線與試驗(yàn)過程吻合良好，從而有效驗(yàn)證了有限元分析模型的合理性和適用性，為后面的進(jìn)一步研究奠定基礎(chǔ)。

（5）分析了焊接不銹鋼梁的整體穩(wěn)定性能，通過有限元計(jì)算研究了材料系數(shù)、構(gòu)件截面尺寸、邊界條件、荷載形式及作用位置對(duì)焊接不銹鋼梁整體穩(wěn)定性的影響。提出了焊接不銹鋼梁整體穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算公式，并通過與有限元分結(jié)果和國(guó)外規(guī)范的比較，證明了該公式的準(zhǔn)確性。該公式的思路與我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)公式的思路相似，便于被廣大工程技術(shù)人員接受和應(yīng)用。

（6）對(duì)不銹鋼軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定性能進(jìn)行了研究，通過對(duì)國(guó)內(nèi)外不銹鋼軸心受壓短柱試驗(yàn)進(jìn)行有限元模擬，證明了有限元分析的合理性和適用性。對(duì)材料屬性、初始缺陷以及板件之間的約束作用等因素進(jìn)行了參數(shù)化分析，并基于分析結(jié)果，提出了不同約束條件下不銹鋼受壓板件的寬厚比限值。該限值的提出思路與我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范類型，便于應(yīng)用。

  浙江至德鋼業(yè)有限公司對(duì)焊接不銹鋼受彎構(gòu)件的抗彎強(qiáng)度、變形、整體穩(wěn)定等基礎(chǔ)問題進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，還進(jìn)行了部分板件局部穩(wěn)定性能的探討，給出了可供《不銹鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》參考的實(shí)用設(shè)計(jì)計(jì)算建議。但是在不銹鋼受彎構(gòu)件的研究中仍然有許多問題值得進(jìn)一步探討：

（1）本課題只研究了焊接不銹鋼梁，對(duì)于軋制不銹鋼梁，截面殘余應(yīng)力的影響會(huì)變小，其強(qiáng)度、變形及穩(wěn)定性能則需要另外進(jìn)行研究。

（2）本課題對(duì)焊接不銹鋼工字形截面梁的整體穩(wěn)定性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究和有限元分析，對(duì)于其他截面形式的梁（如槽型截面）還需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。

（3）本課題只對(duì)不銹鋼受壓板件的局部穩(wěn)定進(jìn)行了研究，對(duì)于不銹鋼構(gòu)件的局部穩(wěn)定性能還需要進(jìn)一步深入研究。

（4）不銹鋼受彎構(gòu)件的整體失穩(wěn)與局部失穩(wěn)之間存在相互影響，其穩(wěn)定性、變形和強(qiáng)度之間也有相互的影響，這些問題還需要做更多的基礎(chǔ)研究。