铝合金框架结构二阶效应的有限元分析

张铮，黄娟娟，谈夏维，廖仁生

(1.闽台合作土木工程技术福建省高校工程研究中心，福建 福州 350118；2.福建工程学院 土木工程学院，福建 福州 350118)

铝合金材料因为密度小、质量轻、防腐蚀性能好、低温韧性好、可循环利用等优点而得到广泛应用。通常把与0.2%残余应变相对应的应力定为铝合金材料的名义屈服强度。与低碳钢相比，铝合金材料的弹性模量只有钢材的三分之一左右，而且铝合金材料的应力应变曲线没有与屈服阶段对应的屈服平台，在其材料承载能力达到名义屈服强度之前就已有相当明显的塑性变形，而钢材在达到屈服强度之前仍处于弹性变形。相对于钢框架结构，铝合金框架结构因材料非线性产生的影响更为突出[1]。

国内对铝合金框架非线性分析的现有研究[2]仅考虑了框架的几何非线性，对于材料的非线性没有考虑。《铝合金结构设计规范》(GB 50429-2007)[3]提出的近似二阶弹性分析的计算方法，是在弹性范围内考虑二阶效应，未考虑材料非线性的影响。能否对铝合金框架结构进行准确的受力分析并进行合理的设计，将影响整体结构的适用性和安全性。因此，铝合金框架结构设计是否考虑材料非线性的影响有待于进一步研究。

为了考察铝合金框架结构同时考虑几何非线性和材料非线性的实际受力情况，分别对弱硬化合金6061-T6和强硬化合金6061-T4两种工程中常用典型合金类型的铝合金框架结构进行了一阶弹性分析、二阶弹性分析和二阶弹塑性分析，并与现行规范规定的近似计算方法的计算结果进行比较，分析规范近似计算方法对铝合金框架设计的适用性，以获得可供工程实践参考的结果。……