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外文资料翻译译文

译文标题（3号黑体，居中）

×××××××××（小4号宋体，1.25--1.5倍行距）×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××…………。

高强度不锈钢钢结构模拟实验与数值的研究

1.简介

随着不锈型钢优越的耐腐蚀性，易于维护性，轻质性等优点的凸显，它日益普遍的应用于建筑设计和结构设计中。

不锈钢的机械性能与碳素钢的机械性能有很大区别。

对于碳素—低合金钢的比例极限至少是假设屈服点的70%，但是对于不锈钢的比例极限范围则是约为屈服强度的36%—60%。

因此，下比例极限将影响不锈钢钢结构构件的屈曲能力。

美国土木工程协会（ASCE）为冷弯薄壁不锈钢钢结构构件的设计提供规范，澳大利亚/新西兰标准（（AS/NZS4673）和欧洲代码（Eurocode3）钢结构设计为冷弯薄壁不锈钢结构提供设计依据，1.4条:

补充的不锈钢规范是为不锈钢钢结构构件的设计提供规则。

冷弯型钢的正方形或长方形空心部分是由冷轧的一个圆空心条焊接—（使材料退火）然后进一步卷成方形或矩形空心截面而形成。

这一过程显著提升了冷退火钢材料的工作性能。

通过冷加工提高材料性能使设计可以达到更加经济的效果。

在这篇论文中，设计强度是根据得到的试件性能计算的。

不锈钢钢结构构件比碳素钢更昂贵。

因此，更经济的设计和使用高强度不锈钢可以减少部分成本。

冷弯高强度不锈钢钢结构构件越来越多的应用在结构设计中。

然而，没有几个关于冷弯高强度不锈钢的试验数据是有效的。

因此，对高强度不锈钢钢结构性能的研究是重要的。

本文旨在简要介绍了由香港大学和香港科技大学进行的关于冷弯高强度不锈钢钢管的实验和数值的调查。

已经提出了高强度不锈钢钢结构的设计应用。

研究成果出版在国际期刊和发表在国际会议上，并参考向这些出版物提供更多详细信息。

2．试样

试验选材是方形的空心部分（SHS）和长方形空心部分（RHS）的高强度奥氏体和双相不锈钢。

该双相不锈钢的等级约等于EN1.4462和UNSS31803。

该试样是冷轧而成。

试样是由七组不一样的部分组成，包括四个SHS型的钢，三个RHS型的钢。

如图所示，测试标本的实际厚度（t）幅动于1.5到6毫米之间，外观上的整体厚度（D）在40到200毫米之间变动，外观上宽度（B）在40到150毫米之间。

试件的细长度值大约是16到50。

3．材料特性

3.1、正常室温

测试样品的材料特性是通过在正常的室温（环境温度）下的拉伸试验进行测定的。

拉伸试件取自表面中心在90度的纵向焊缝方向的不锈钢部分。

根据用于金属拉伸试验的美国社会材料标准和澳大利亚标准AS1391此拉伸试验的准备和测试使用12.5毫米宽50毫米长的试件。

采用摩擦试验机夹具对这些试件进行了测试拉力容量为250千牛的控制位移测定。

测量纵向应变用的分别是两个应变计和一个50毫米轨距校准仪器。

数据采集系统定期的测试并记录负载和应变。

通过暂停拉紧产生静态负载，此静态负载为每1.5分钟为拉伸屈服强度和抗拉强度的0.2％。

这使得应力松弛与塑性劳损相继产生。

表1总结了该SHS和RHS试件在拉伸试验后的材料性能，其中包括不锈钢的类型，所测得的初始弹性模量（Eo），比例极限（σp），0.2％静态拉伸试验的应力（σ0.2），静态拉伸强度（σu）和在50毫米轨距的长度下伸长后的应变（εf）。

拉伸试验详细的测试过程记录在杨和吕的论文中。

3.2、高温

陈和杨还进行了在高温下的拉伸试验，以确定不锈钢在高温下的材料性能。

稳态和瞬态状态测试分别在约介于20至1000摄氏度的不同温度下进行，根据澳大利亚、英国和欧洲标准，0.2％的张拉应力（屈服强度）在不同应变水平，极限强度，极限应变和在不同温度下的伸长率分别绘制于图表，并与测定的结果比较。

测定的0.2％屈服强度的不锈钢钢种EN1.4462（双相不锈钢）和EN1.4301（奥氏体不锈钢304）实验结果绘制于在图表2中。

图表的纵轴绘制折减系数f0.2，T/f0.2,normal，其中f0.2，T是在摄氏度条件下0.2％的屈服强度，f0.2,normal是在正常室温下的0.2％的屈服强度，水平轴的绘制表示不同的温度。

从稳态和瞬态试验测试的结果表明不锈钢钢种EN1.4462和EN1.4301的材料性能是相似的。

如图2所示，测试得到的0.2％屈服强度的折减系数分别与澳大利亚标准AS4100和阿欧蒂宁，斯库莫托等人的实验结果进行比较。

图表显示了由澳大利亚的标准AS4100测定的温度介于80至500摄氏度条件下的0.2%屈服强度的折减系数是不保守的，因此，我们需要新的方程去测定0.2%屈服强度的折减系数。

提出的屈服强度统一方程表示为

其中的系数a，b，c和n用不锈钢测试结果方程进行校准，详细的系数在陈和杨的实验结果中可以查到。

温度T是以摄氏度为单位的。

提出的统一公式既适用于高强度不锈钢也适用于正常强度不锈钢。

同时提出了一个关于不锈钢在高温下的弹性模量、极限强度和极限拉应变的统一的方程。

此外，还提出了应力应变模型，并绘制了在不同温度下的应力应变曲线。

这项研究的详细情况在陈和杨实验结果中可以查到。

4.几何缺陷及残余应力测量

在SHS试件和RHS试件测试之前，先将有初始局部几何缺陷的试件进行测量。

使用精度为0.001毫米的三丰统筹测量机对试件进行测量。

测量得体积为40×40×2、50×50×1.5、140×80×3、160×80×3、200×110×4的试件的局部几何缺陷最大值分别是0.113毫米、0.164毫米、0.343毫米、0.460毫米和1.084毫米。

测量了震动与冷弯薄壁高强度不锈钢型材的残余应力分布情况。

对长度是300毫米体积为200×110×4的RHS试件的残余应力进行了测量。

纵向的残余应变是通过分段法测量的，并且应变转换成了残余应力。

弯曲的平均应力的计算和和残余应力测量的差异分别表现在两个方面。

初始几何缺陷和残余应力测量，详列于杨和吕的论述中。

5、梁

5.1、纯弯曲

周和杨提交了一系列关于冷弯薄壁不锈钢正方形和矩形空心截面沿轴弯曲的测试。

纯弯曲测试的测试安装如图3所示。

测试得到的强度与美国冷弯薄壁型不锈钢结构设计强度规范和新澳大利亚/新西兰冷弯薄壁型不锈钢结构标准得到的结果相比较。

此外，测试的强度与弹性理论和塑性弯曲相比较。

它显示规范所规定的设计强度和理论的弯矩通常是测试样品保守的数值。

设计强度和测试强度的比较详细的记录在周和杨的论述中。

5.2、腹板压屈

周和杨已经提交了冷弯薄壁高强度不锈钢管的腹板压屈测试。

通过拉伸和压缩的测试获得了横向与纵向张力压缩下的材料性能。

美国冷弯薄壁型不锈钢结构设计强度规范和新澳大利亚/新西兰冷弯薄壁型不锈钢结构设计标准指定了进行腹板压屈实验的以下四个加载条件，即结束一个法兰（EOF），内部一个法兰（IOF），结束两个法兰（ETF），和内部两个法兰（ITF）。

通过测试强度与设计强度的比较得到美国统一使用的规范和澳大利亚/新西兰统一使用的标准。

此外，测试强度与设计强度比较的同时得到了北美指定统一使用的冷弯碳素钢构件腹板压屈方程的规范。

它表明由这些规范规定的设计强度或者是不保守或很保守。

因此，关于冷弯薄壁不锈钢方形和矩形空心部分统一的新系数腹板压曲方程已提出。

方程

（2）中拟议的统一公式的新系数是C、CR、CN和Ch，新的系数在周和杨的论述中有详细介绍。

Pp是拟议的腹板压屈强度，C是系数，CR是内部角半径系数，CN是轴承长度系数，Ch腹板柔度系数，t是腹板厚度、fy是屈服应力（σ0.2是证明应力），θ是腹板平面和轴承平面之间的夹角，ri是内圆角半径，N是轴承长度，h是腹板沿平面平坦部分的高度。

澳大利亚/新西兰标准和美国规范指定的四个加载条件（EOF、IOF、ETF和ITF）不直接模拟基础地板托梁构件轴承上作用集中载荷的情况。

因此，周和杨对冷弯薄壁不锈钢方形和矩形空心截面受集中轴承荷载作用的实验和数值进行了研究。

试验在内部加载条件下进行测试。

开发和验证一种非线性的有限元模型而得到测试结果。

几何非线性材料被列入有限元模型。

在内部加载条件下不锈钢的有限元分析与试验如图4所示。

它所示有限元模型试验进一步测试了腹板压屈强度和失效模式。

通过有限元分析的测试强度和测试的腹板压屈强度与美国、澳大利亚/新西兰和欧洲不锈钢结构规范得到的设计强度相比较。

比较的结果在周和杨的试验中有详细论述。

周和杨对冷弯不锈钢钢管屈服线机理和腹板压屈分析已进行详细的调查。

此外，冷弯薄壁不锈钢钢管构件高强度组合弯曲测试和腹板压屈试验在周和杨中有详细论述。

6、柱

在杨和吕的实验中提出了冷弯薄壁高强度不锈钢柱的实验研究。

SHS型和RHS型的柱被固定在固定端点之间。

固定的柱应用不同的柱长，每个测试得到不同柱的数据曲线。

图5中显示了测试安装的一个典型的固定柱。

测试强度与美国、澳大利亚/新西兰和欧洲冷弯薄壁不锈钢结构规范使用的设计强度相比较。

它显示了试验的三种规格的正方形和矩形空心截面柱的设计强度一般是保守值。

因此，当前的三个规范中指定的柱的设计规则适用于高强度材料，尽管事实上这些规范主要基于材料正常强度的调查。

艾利博迪和杨已经研究提出了冷弯薄壁高强度不锈钢钢立柱的研究数据。

已制定了一个用于研究冷弯薄壁不锈钢钢立柱的有限元模型。

有限元模型中包括了冷弯薄壁不锈钢钢立柱初始及总体几何缺陷、残余应力、非线性材料性能和转角部分性能。

图6显示了一根RHS柱初始及总体几何缺陷的模型。

它显示了有限元模型准确测试了故障模式和柱强度。

在测试柱的性能和强度上，数值结果与实验结果的比较相一致。

有限元模型测试了柱的强度，负载缩小性能和失效模式。

发展应用有限元模型利用了参数化的研究。

除了一些短柱，参数化的研究结果显示在美国指定的设计规范，新澳大利亚/新西兰标准和欧洲代码中冷弯薄壁高强度钢方形和矩形空心截面的柱的设计一般是保守的。

详细的数值研究在艾利博迪和杨中有论述。

7.钢管混凝土柱

杨和艾利博迪提出了一系列的钢管混凝土冷弯薄壁高强度不锈钢管柱试验研究。

对钢管混凝土高强度不锈钢方形和矩形空心圆柱体测试进行同心加载。

钢管柱部分的整体厚度与板材厚度的比从25.7减小到相对细长的55.8。

调查得出不同钢筒混凝土的强度由40到80兆帕变化。

不锈钢钢管混凝土RHS柱失败的试件列于图7（a）。

柱的强度，负载轴向应变的关系和柱失败模型放入报告列于杨和艾利博迪的试验结果中。

测试强度与美国和澳大利亚/新西兰冷成型不锈钢和混凝土结构规范的设计强度相对比。

用来计算设计强度。

没有混凝土填充的高强度不锈钢管的测试强度也被用来计算设计强度。

结果表明，对于钢管混凝土的设计强度计算使用由拉伸试验和短柱试验得到的高强度不锈钢管试样的材料性能的测试强度以及没有混凝土填充的高强度不锈钢管的测试强度是趋于不保守的。

设计强度的计算用短柱实验得到的钢筋的材料性能对于不同混凝土强度的压缩和细长柱都是保守的。

因此，建议设计

规则，在美国和澳大利亚/新西兰规格

用于冷成型不锈钢和混凝土结构可用于

为混凝土填充冷弯不锈钢高强度设计

钢管柱的设计提供计算优势

使用不锈钢材料的性能得到

从短柱试验。

非线性有限元模型分析中的作用

冷弯薄壁不锈钢管列已提交

由Ellobody和青年[22]。

高的材料的非线性特性

强度不锈钢管和约束的混凝土已

准确地引入有限元模型中。

比较

有限元结果与实验结果

与不同截面几何形状和不同的列混凝土强度预测显示出很好的协议

列的强度。

图7显示了有限的比较

元素的结果和测试结果。

列的优势和

已经使用预测列的变形的形状

有限元模型及较好的实验

结果。

使用有限元进行参数化的研究

调查冷弯薄壁不锈钢钢管混凝土模型

管有的方形和矩形空心截面的列

从平部分板厚度（h/t）比例的深度

16到96人。

介乎20至不同钢筒混凝土强度

100MPa也进行了调查。

列从有限元分析得到的优势

比较优势与设计预测使用

美国和澳大利亚/新西兰规格coldformed

不锈钢和混凝土结构。

该材料性能

高强度不锈钢管标本中

从部分单位和角拉伸试验，用优惠券

计算屈尊优势。

结果表明设计强度

计算，美国和澳大利亚/新西兰规格

一般都是保守的混凝土填充冷弯

不锈钢方形和矩形空心截面柱有

小时/比例小于60吨，而设计的优势，是

较为保守的列有高/吨比大于60大。

因此，修改的设计在美国指定的规则

和澳大利亚/新西兰，提出了规范

混凝土填充冷弯不锈钢方形和矩形

有中空截面柱的H/T比值比60大。

设计

实力来预测提出修改后的方程

更准确的比较优势的设计计算

美国和澳大利亚/新西兰的规格。

该

提出修改后的公式详细Ellobody和青年[22]。

8.结论

在香港大学和香港科技大学进行的冷弯薄壁高强度不锈钢管结构的研究已经总结在这份文章中。

在正常室温和高温条件下，钢筋试件的材料特性是通过拉伸试验获得的。

通过测量得到的初始局部几何缺陷最大值。

弯曲残余应力的测量用分割法。

对结构构件进行了一系列的纯弯曲，腹板压曲，组合弯曲和轴向压缩的测试。

实验与数值模拟

冷弯薄壁高强度不锈钢柱

与混凝土柱的调查。

设计建议

冷弯薄壁不锈钢管结构

已经提出。

在本文中所述在出版物中可以找到研究详情。

附件2：

外文原文（复印件）