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填充薄壁不銹鋼管短柱構件的軸壓力學性能分析
發布者:不銹鋼管廠(www.9600014.live) 發布時間:2020/3/16 閱讀:166

   基于建筑工程領域存在的碰撞、沖擊等工程背景,提出密度為硬質聚氨酯泡沫填充建筑薄壁不銹鋼管短柱吸能構件,為獲得該類構件在軸壓荷載作用下的基本力學性能及吸能能力,開展了3組不銹鋼管和3組填充圓鋼管短柱構件的軸壓試驗。試驗結果表明:軸壓荷載作用下,填充能夠有效改善建筑薄壁不銹鋼管在軸壓荷載作用下的疊縮變形模式,使構件趨于對稱疊縮變形。同時,填充圓鋼管構件較空鋼管的首個峰值荷載及各項吸能指標都有了較大幅度的提升,且壁厚越薄,提升幅度越大,體現了填充對建筑不銹鋼管的力學性能及吸能能力的提升;谇蠼馄鹘⑻畛洳讳P鋼管短柱構件的軸壓有限元模型,將仿真結果與試驗結果對比,以驗證有限元模型的準確性,隨后開展參數分析,結果表明填充圓鋼管耗能能力隨壁厚和管徑的增大而增大。在經典疊縮模型的基礎上,推導了平均壓縮力預測公式,與試驗結果和數值模擬結果對比發現該公式能夠有效預測填充薄壁不銹鋼管短柱構件在軸壓荷載作用下的平均壓縮力。


   耗能構件能夠通過自身的變形和屈曲耗散外部能量,在沖擊、爆炸等偶然荷載作用下起到保護主體結構的作用,減少主體結構因破壞而造成的損失。耗能構件在工業領域已有大量應用,如汽車制造領域的吸能盒、航天器的著陸器、火車等軌道交通領域的防爬器。薄壁構件因其優良的力學性能,是最早被用于工程結構中作為耗能構件的形式,大量學者對其耗能特性開展了研究。浙江宏盛特鋼有限公司提出了薄壁不銹鋼管在軸壓荷載作用下的經典漸進疊縮模型,并通過理論分析,推導了圓管在軸壓荷載作用下的平均壓縮力公式。則通過引入塑性動力學方法并擴展到大變形問題,得到了軸壓過程中四邊形方管和六邊形管的平均壓縮力公式.多胞材料填充薄壁結構形成的復合形式構件是近來興起的一種耗能構件,如汽車領域的泡沫材料填充薄壁管吸能盒和軌道交通領域的泡沫鋁填充結構形式的緩沖吸能防爬裝置,這類構件的能量耗散由泡沫材料的耗能、薄壁不銹鋼管的塑性變形耗能共同組成,同時試驗也證明,泡沫與金屬管之間的相互作用還能夠改變管件的疊縮變形模式使其吸收更多能量。宏盛特鋼研究了硬質聚氨酯泡沫填充薄壁錐形管和方管在準靜態軸壓和軸向沖擊下的吸能特性,并基于的棱柱管疊縮模型提出了聚氨酯泡沫填充錐形管和方管的平均壓縮力公式。同時也研究了硬質聚氨酯泡沫填充薄壁不銹鋼管在橫向壓縮下的吸能特性,并提出了泡沫填充雙管嵌套和三管嵌套系統。已有耗能構件研究多集中于汽車制造及軌道交通領域,采用泡沫材料密度一般較低,而近年來的研究表明,建筑結構領域,也存在著諸多碰撞、沖擊荷載,如隔震層位置在地震荷載下地基與隔震結構的碰撞和密集鄰近高層在地震荷載作用下的頂端碰撞,為避免建筑結構在此類沖擊碰撞荷載下因局部構件破壞而造成連續倒塌的嚴重后果,研究具有良好耗能表現的構件逐漸受到國內外學者的重視,本文基于這一工程背景,提出將高密度硬質聚氨酯泡沫填充到建筑薄壁不銹鋼管構成復合短柱耗能構件,希望其消耗碰撞過程的沖擊能量,從而保護主體建筑結構.通過試驗和數值仿真方法研究了構件的軸壓力學性能,并在的研究基礎上基于能量關系推導了構件的平均壓縮力公式。

 
 

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