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不銹鋼管的種類

不銹鋼管是一種主要以不銹蝕性和耐腐蝕性為突出特征的材料，其構成成分中碳含量不多于1.2%，鉻含量不少于10.5%，以及含有鎳、鉬、錳等合金元素。表1.1給出了不銹鋼管材料的化學成分。其中鉻是使其不生銹最主要的原因，多種合金元素的添加改變了鋼鈍化膜的化學成分，增強鈍化作用，使鋼材獲得良好的性能。不銹鋼管可以分為以下五類：奧氏體、奧氏體-鐵素體（雙相）、鐵素體、馬氏體和沉淀硬化，前兩種在生產生活中的應用較為廣泛。而常用的不銹鋼管牌號有S30408、S31608、S30403、S31603、S22053和S22253。

不銹鋼管的本構模型

最早對于不銹鋼管本構模型的研究是在20世紀40年代，由Ramberg和Osgood[3]提出了鋁合金材料具有非線性的本構關系模型，對不銹鋼管材料同樣適用，我們將它稱之為Ramberg-Osgood模型。

國內對于不銹鋼管材料的研究相對較晚。在2011年鄭寶鋒[8]等對國產304牌號不銹鋼管材料進行拉壓試驗，其研究結果表明：不銹鋼管材料的力學性能與兩階段的Ramberg-Osgood模型較為相似，而且冷加工方式對不銹鋼管材料的力學性能影響顯著。

在2012年王元清等對國產奧氏體不銹鋼管S31608板材和焊接不銹鋼管截面分別進行了單向拉伸試驗和低周往復循環加載試驗，認為Ramberg-Osgood模型與不銹鋼管的本構關系較為接近。對比國產S31608不銹鋼管在單調加載和循環加載下的本構差別明顯，與此同時不銹鋼管材料在循環荷載下的滯回曲面十分飽滿且在加載后期應力得到很大提高。

不銹鋼管的抗震性能以及工程應用

從王元清等人對不銹鋼管材料的循環加載試驗來看，整個加載過程中不銹鋼管的強度逐漸提高，而且越到后期強度提高越明顯，同時試驗得到的滯回曲線飽滿程度高，說明不銹鋼管滯回性能良好。隨后王萌[11]等利用有限元軟件分析平臺建立模型，開發了奧氏體不銹鋼管在循環荷載下的分析程序。模擬結果與試驗結果相近，進一步提高了不銹鋼管結構體系彈塑性時程分析時的可靠性。2013年，Shit J[12]等對不銹鋼管S31603材料在循環荷載下的應力應變關系進行了試驗研究，同樣表明不銹鋼管有著良好的滯回性能。Zhou[13]等對奧氏體不銹鋼管和雙相型不銹鋼管制作的板在循環荷載下的試驗結果表明，不銹鋼管具有良好的延性和變形能力。從圖1.2可知，不銹鋼管和碳素鋼有著明顯不同的應力應變曲線，碳素鋼有屈服平臺，而不銹鋼管沒有明顯的屈服點，后期應變硬化的強度提高較多，說明其有著較好的延展性。

最早關于不銹鋼管材料的發現是英國科學家Brearley，在第一次世界大戰對兵器的改進時偶然在垃圾堆中發現不銹鋼管，此后對不銹鋼管在各個方面都被得到了采用。不銹鋼管在土木領域中，早期是使用在一些裝飾方面，到后來逐漸運用于建筑物的屋蓋結構和維護結構中，比如墻面、玻璃幕墻支撐體系、屋蓋結構和橋梁等領域中，也促使了不銹鋼管材料生產技術以及施工工藝的不斷完善，采用不銹鋼管材料的建筑結構不僅具有較長的使用壽命也給人帶來外觀上的視覺享受。

在國內外的一些建筑物中也有很多采用了不銹鋼管材料。在美國率先建立了第一座具有不銹鋼管材料的摩天大樓—克萊斯勒大廈，如圖1.3所示。它建于1926年至1931年，大廈頂部采用不銹鋼管金屬裝飾，其細針狀的尖頂展示出爵士樂時代的風格，被視為一個典型的裝飾藝術建筑。1989年，由貝津銘設計的法國巴黎盧浮宮金字塔采用了不銹鋼管支撐，如圖1.4，不銹鋼管總耗量達到95噸。而且支架的負荷超過了它自身的重量，使得現代科學技術完美的運用到了建筑中。我國現處于全世界不銹鋼管產量第一的位置，同時隨著人們對建筑審美和舒適度要求的提高，我國也在一些公共建筑上采用了不銹鋼管材料。例如，1994-1997年，建立在上海陸家嘴金融貿易區中心—上海金茂大廈，如圖1.5，它采用316不銹鋼管外立面，在滿足外觀要求的同時也能夠有限延長建筑物的使用壽命。除此之外，2009-2018年我國自主建立的港珠澳大橋，是世界上最長的一座跨海大橋。如圖1.6，總長約55公里，主體工程包含橋、島、隧于一體成就了世界級中國造，被國內外媒稱為“新世界七大奇跡”之一。由于港珠澳大橋處在臺風大、海水鹽度高的環境中，海水中的氯離子會發生化學反應，對混凝土結構的安全有很大的威脅。所以選用了強度高、耐腐蝕性強、全周期壽命長的雙相不銹鋼管螺紋鋼筋，成功替代了傳統鋼材，有力地推動了我國跨海大橋的建設。