軸心受壓套管構(gòu)件力學(xué)性能精細(xì)化分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、軸心受壓構(gòu)件的屈曲失穩(wěn)是鋼結(jié)構(gòu)理論分析和設(shè)計(jì)中必須考慮的重要問題之一。作為提高鋼壓桿穩(wěn)定性的一種形式，套管構(gòu)件由于分析思路清晰、構(gòu)造簡單、效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，已越來越被重視。套管構(gòu)件由承受軸向壓力的內(nèi)管和約束內(nèi)管屈曲變形的外管組成，外管可改善內(nèi)管的后屈曲性能，從而提高內(nèi)管的軸壓承載力。目前，在工程應(yīng)用及理論分析中仍需要解決兩方面的問題。一方面，現(xiàn)有的套管構(gòu)件形式，難以用于處于工作狀態(tài)的承壓構(gòu)件；另一方面，在外管的側(cè)向約束下，軸心受壓的內(nèi)管，

2、進(jìn)入塑性狀態(tài)的受力性能尚未得到合理解釋。同時，該類套管構(gòu)件的耗能能力、動力響應(yīng)研究尚為空白。
　　 針對以上問題，本文首先改進(jìn)了現(xiàn)有的套管構(gòu)件構(gòu)造。用兩片半圓形截面的鋼管代替無縫圓形外鋼管，并在構(gòu)件端部及中部設(shè)置連接耳板，通過螺栓連接兩片半圓形鋼管，形成外套管。這樣的構(gòu)造形式，可方便地用于受壓構(gòu)件的穩(wěn)定加固，解決了外套管安裝困難的問題。其次，對套管構(gòu)件的軸壓承載力做了深入研究。采用理想彈塑性材料模型，推導(dǎo)了內(nèi)管與外套管接觸時處于

3、彈性狀態(tài)、內(nèi)管進(jìn)入塑性狀態(tài)及內(nèi)外管均進(jìn)入塑性狀態(tài)時的構(gòu)件承載力計(jì)算公式，給出了套管構(gòu)件受力過程中軸壓荷載與內(nèi)管中部側(cè)向位移關(guān)系曲線、軸壓荷載與內(nèi)管軸向位移的關(guān)系曲線；并與有限元分析結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，數(shù)值解與解析解基本吻合；選取四種常用截面的套管構(gòu)件，進(jìn)行了足尺模型的軸心受壓加載試驗(yàn)。理論分析與試驗(yàn)結(jié)果表明，套管構(gòu)件軸力P與內(nèi)管中部側(cè)向位移δ曲線，在內(nèi)外管接觸時刻出現(xiàn)拐點(diǎn)，而且曲線趨勢基本一致，套管構(gòu)件的承載力比內(nèi)管有較大提高。在

4、此基礎(chǔ)上，給出了常用截面的套管構(gòu)件受壓承載力計(jì)算表。
　　 本文將套管構(gòu)件應(yīng)用于桁架及空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，通過計(jì)算得到，在受壓較危險桿件處添加外套管形成套管構(gòu)件，可有效改善結(jié)構(gòu)的局部應(yīng)力狀況，提高結(jié)構(gòu)的極限承載能力；分析了套管構(gòu)件及內(nèi)管構(gòu)件在循環(huán)往復(fù)荷載作用下的耗能能力，并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果顯示，套管構(gòu)件耗能能力明顯優(yōu)于內(nèi)管構(gòu)件；此外，對帶有套管構(gòu)件和不帶套管構(gòu)件的兩種單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元模擬，分析了其在地震作用下的動力