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高等钢结构与组合结构理论

结构用铝合金小综述

结构用铝合金小综述

目录

TOC\o1-3\h\z\u1引言 1

2结构用铝合金的种类 1

2.1铝合金分类 1

2.2铝合金命名 3

3铝合金和钢的本构关系比照 3

3.1结构用铝合金的本构关系模型 4

3.1.1Ramburg-Osgood模型 4

3.1.2Baehre模型 4

3.1.3Mazzolani模型 5

3.1.4Steinhardt建议 6

铝合金各本构模型比照 6

3.2结构钢的本构关系模型 7

3.3两者比照 7

4铝合金和钢材的材料性能比照 8

4.1铝合金的材料性能 8

4.2常用参数与钢材比照 8

5参考文献 9

引言

铝是一种轻金属〔密度〕，其在地壳中的含量为8.13%，仅次于氧、硅。铝被称为第二金属，其产量及消费仅次于钢铁。铝具有良好的力学性能、加工性能，但纯铝的强度、硬度不高，常与铜、镁、锰、硅、锌等制成铝合金。按加工方式的不同，铝合金分为铸造铝合金、变形铝合金[1][2]。

从20世纪40年代以来，铝合金就开始广泛的应用于建筑结构之中，目前世界上现已建成约6000多座铝合金空间结构。上世纪90年代以来，铝合金结构在我国的应用也在逐渐增多，到目前为止，我国各地共建成了将近10余幢大型的铝合金空间结构，主要应用于单层球面铝合金网壳、螺栓球节点铝合金网架和铝合金双层网壳[3]，除了这三类空间结构，铝合金还在建筑施工和建筑装饰中得到了大量应用[4]。

国外从世纪年代以来就开始了铝合金结构的研究。经过近年的开展，铝合金结构的研究己经比拟成熟，从铝合金的材料特性、构件计算、连接设计、防火设计，到铝合金结构的整体计算，都有相当多的研究成果。目前国外研究热点多集中在铝合金的局部稳定、铝合金的疲劳问题、受弯构件的转动性能和铝合金型连接等方面[3]。国内对铝合金结构的研究始于20世纪80年代，目前在本构关系、物理力学性能、轴心受压构件、偏压构件、受弯构件、局部稳定问题、连接、节点和解耦体系等方面取得了丰富的研究成果[3]。

本文旨在简单介绍结构用铝合金的种类、材料特性、本构关系，同时主要从材料特性与本构关系这两个方面和结构钢进行比照，从而对铝合金在土木工程结构应用方面有较深入了解。

结构用铝合金的种类

铝合金分类

铝是银白色的轻金属，纯铝的熔点为660℃,密度为2.7g/cm3。工业用铝合金的熔点为566℃。铝具有热容量和熔化潜热高、耐腐蚀性好，以及在低温下能保持良好的力学性能等特点。铝及铝合金可分为工业纯铝、变形铝合金〔又分为非热处理强化铝合金、热处理强化铝合金两类〕和铸造铝合金[1][2]。变形铝合金是指经不同的压力加工方法〔经过轧制、挤压等工序〕制成的板、带、棒、管、型、条等半成品材料；铸造铝合金以合金铸锭供给，铝合金分类示意图见下列图所示，具体分类及性能特点见下表所示。

图1铝合金分类示意图

表1铝合金的分类及性能特点

分类

合金名称

合金系

性能特点

示例

变

形

铝

合

金

非热处理强化

铝合金

防锈铝

Al-Mn

抗蚀性、压力加工性与焊接性能好，但强度较低

3A21

Al-Mg

5A05

热处理强化

铝合金

硬铝

Al-Cu-Mg

力学性能高

2A11,2A12

超硬铝

Al-Cu-Mg-Zn

硬度强度最高

7A04,2A50

锻铝

Al-Mg-Si-Cu

锻造性能好

耐热性能好

2A14,2A50

Al-Cu-Mg-Fe-Ni

2A70,2A80

铸造铝合金

简单铝硅合金

Al-Si

铸造性能好，不能热处理强化，力学性能较高

ZL102

特殊铝硅合金

Al-Si-Mg

铸造性能良好，可热处理强化，力学性能较高

ZL101

Al-Si-Cu

ZL107

Al-Si-Mg-Cu

ZL105,ZL110

Al-Si-Mg-Cu-Ni

ZL109

铝铜铸造合金

Al-Cu

耐热性好，铸造性能与抗蚀性差

ZL201

铝镁铸造合金

Al-Mg

力学性能高，抗蚀性好

ZL301

铝锌铸造合金

Al-Zn

能自动淬火，宜于压铸

ZL401

铝稀土铸造合金

Al-Re

耐热性能好

－

铝合金命名

铝合金种类繁多，主要有数字标记法、字母标记法、拼音标记法和生产阶段标记法这四种命名方式。目前我国采用较多的是数字标记法。

按GB/T3190—1996和GB/T16474—1996的规定，纯铝和铝合金牌号命名的根本原那么[5]是：可直接采用国际四位数字体系牌号；未命名为国际四位数字体系牌号的纯铝及其合金采用四位字符牌号。四位字符牌号的第一位、第三位、第四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母〔如