高强钢组合压杆稳定性能分析

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随着生产技术及加工工艺的提高,高强度、超高强度钢材得以生产并逐渐应用于实际工程,获得良好效果。然而高强、超高强度钢材用于受压杆件时,往往稳定起控制作用,其“高强度”优势无法充分发挥,所以研究如何改善高强钢压杆的稳定性能是十分必要和有意义的。本文在分析总结关于国内外高强钢压杆稳定和普通钢压杆稳定控制方面的研究及应用现状的基础上,提出了适用于空间结构受压杆的新型高强钢组合压杆以及两种具体构造做法(法兰盘式和内置圆箍式组合压杆),即由高强度钢材内核受压钢管和普通钢材约束屈曲外套管通过圆箍或法兰盘连接件组合而成。利用通用有限元软件ANSYS建立了单箍式和三箍式组合压杆有限元模型,在验证该模型正确性的基础上,引入几何初始缺陷,考虑几何非线性和材料非线性情况下,对高强钢组合压杆进行了极限承载力的参数分析,探讨了内核钢管钢材强度、长细比以及外管与内管的刚度比、外管与内管间隙等参数对组合压杆极限承载力的影响。分析结果表明,高强钢组合压杆使得内核钢管高强度钢材的材料性能得到充分发挥,提高了材料利用率。内核钢管钢材强度、长细比、刚度比、间隙等参数均对组合压杆承载力有着不同的影响,只有合理的选择上述参数才能最大程度地发挥组合压杆的有效性。组合压杆有两种不同的失稳模式,而该模式的产生是由外、内管刚度比所决定的。当刚度比较小时,组合压杆发生共同的失稳模式;当刚度比较大时,组合压杆则发生内核管单独失稳模式。通过分析表明内核管单独失稳模式所具有的稳定承载力往往要比共同失稳时所具有的稳定承载力低。最后,将该组合压杆引入到平面结构体系、空间网架结构体系中进行探讨分析,结果表明合理地替换压杆将使得该类结构由部分压杆失稳破坏机制转变成部分拉杆强度破坏机制,提高了结构延性,发挥了钢材的强度性能。由于组合压杆的替换,使得原本连接普通杆件的焊接节点负荷虽有所增大,但仍可按规范对球节点估算方法确定焊接球尺寸。
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