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，但是我國目前尚沒有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，嚴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)計規(guī)范。浙江至德鋼業(yè)有限公司采用理論分析、試驗研究與有限元計算相結(jié)合的方式對焊接不銹鋼梁的強度、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，其變形已經(jīng)呈現(xiàn)非線性特征，不能夠按照彈性理論計算。

（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的1/1000。同時考慮不銹鋼的材料分項系數(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度的設(shè)計，既能夠滿足強度要求，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)件撓度的計算方法。首先用理論推導(dǎo)了荷載-撓度的計算公式，然后根據(jù)參數(shù)化有限元分析結(jié)果，對公式中的參數(shù)進行非線性擬合，從而給出了焊接不銹鋼梁荷載-撓度全曲線的計算方法。

（4）對焊接不銹鋼工字形截面受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能進行了試驗研究，試驗結(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；同時對試驗結(jié)果進行了有限元模擬，結(jié)果表明，通過合理建模的有限元分析能夠準確的預(yù)測試件的整體穩(wěn)定承載力，有限元計算得到的荷載-變形曲線與試驗過程吻合良好，從而有效驗證了有限元分析模型的合理性和適用性，為后面的進一步研究奠定基礎(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)的計算公式，并通過與有限元分結(jié)果和國外規(guī)范的比較，證明了該公式的準確性。該公式的思路與我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(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）對不銹鋼軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定性能進行了研究，通過對國內(nèi)外不銹鋼軸心受壓短柱試驗進行有限元模擬，證明了有限元分析的合理性和適用性。對材料屬性、初始缺陷以及板件之間的約束作用等因素進行了參數(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鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范類型，便于應(yīng)用。

  浙江至德鋼業(yè)有限公司對焊接不銹鋼受彎構(gòu)件的抗彎強度、變形、整體穩(wěn)定等基礎(chǔ)問題進行了較為系統(tǒng)的研究，還進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》參考的實用設(shè)計計算建議。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一步探討：

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

（2）本課題對焊接不銹鋼工字形截面梁的整體穩(wěn)定性能進行了試驗研究和有限元分析，對于其他截面形式的梁（如槽型截面）還需要進一步進行研究。

（3）本課題只對不銹鋼受壓板件的局部穩(wěn)定進行了研究，對于不銹鋼構(gòu)件的局部穩(wěn)定性能還需要進一步深入研究。

（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。