套管构件端部构造对其轴压稳定承载力的影响研究

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为了使受压的钢构件避免因稳定性而失效丧失功能造成经济损失及安全隐患,采用失稳控制技术对构件进行加固处理是在实际的工程实践中通常使用的方法,其方法的有效性也得到了广泛的认可与证实。套管构件是一种能够改善受压杆件屈曲强度的失稳被动控制构件,其套筒可以约束内核的屈曲变形,能够显著提高内核的承载力;在已有的对套管构件的研究结果中,学者们已经发现由于施工工艺等因素制约,实际中的套管构件很难做到套管与内核的长度一致,现实中的套管构件往往具有一定长度的内核伸出段,这也对套管构件的整体性能带来了很大的影响;而进一步的理论研究与试验也表明,在考虑内核伸出段的情况下,因为构件端部连接处的强度不足及其构造影响,套管构件内核端部十分的容易产生局部屈曲带来的较大变形,很大程度上降低了套管构件的整体轴向承载能力。因此,为了更加优化套管构件结构设计,使套管构件受力性能得到优化,研究端部构造对套管构件的力学性能影响是非常有必要的。本文首先在文献[72]的基础上,对具有内核伸出段的套管构件模型当内核与套筒发生点接触时的情况,使用隐式理论推导以及修正牛顿迭代算法简化了已有的理论求解过程,通过二次回归分析,建立了具有内核伸出段的套管构件内核轴力-轴向位移计算模型。然后对具有内核初弯曲和内核伸出段的套管构件提出了强化内核端部和套筒端部两种不同的端部加强构造措施,并使用同样的理论方法对两种加强处理措施下构件发生点接触的变形过程进行研究,并使用数学软件matlab编写了这两种端部构造加强的情况下求解套管构件以轴向受载-内核轴向位移为代表的一系列相关物理量的数值解的计算子程序。然后在算例中将端部刚度模量的比值特定为1即未做强化处理的情况的计算结果,与文献[70]中的不考虑端部构造的计算模型得出的结果进行对比,来验证本文所提出的计算方法的正确性。再通过对加强内核端部与加强套筒端部两种不同措施算例结果的对比分析,得出以下结论:1、强化内核端部能够延迟点接触的发生,若要达到同样的轴向位移则需要更大的轴向荷载;2、强化套筒端部的差异主要发生在点接触阶段,其接触点因套筒刚度增强会产生较大位移的移动;3、当轴向压力一定时,相较于未加强的情况,两类端部加强措施都能减少弯曲轴向位移,增加构件的非线性轴向刚度。再由这两种计算模型提出三种不同类型的端部加强方法建立有限元模型进行模拟分析,并且与理论计算及文献[72]中的试验结果对比研究,纵向对比分析得到模拟、理论计算及与已有文献中的试验结果三者之间产生偏差不同的原因,横向对比分析总结得出端部构造的合理设计形式。从而让套管构件的相关理论更加完善,让其在实际工程应用中发挥更大的作用。
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