間隙對自復位三重鋼管約束屈曲支撐性能影響分析

摘要：為研究間隙對自復位三重鋼管約束屈曲支撐性能的影響，采用ABAQUS對不同間隙情況下的支撐進行有限元建模，并對比滯回性能。得出結(jié)論：合理的間隙取值應在1.5mm與2.5mm之間。

關鍵詞：間隙；自復位；有限元

中圖分類號：TU352.1[HTH]文獻標識碼：A

2015年，喻圣潔開發(fā)了一種自復位三重鋼管約束屈曲支撐 [1，2]。為研究內(nèi)外套管與中間管間隙大小對支撐性能的影響，采用ABAQUS對不同間隙情況下的支撐進行有限元建模，并對比滯回性能。

[ZK（]1 構件設計

設計了一組試件，三管間隙δ分別為0.5、1.5、2.5、35、4.5，其他參數(shù)如表1所示。[ZK）]

2 有限元建模

復位筋材料選取芳綸1414，鋼材本構采用三折線模型，耗能管為Q195低屈服鋼材，其余部分鋼材為Q460高強鋼。加載方式采用單周往復線性加載，每圈位移最大幅值是耗能管屈服位移Δby的整數(shù)倍，分別為Δby，2Δby，4Δby，6Δby，8Δby，10Δby，12Δby。

3 有限元模擬分析

經(jīng)模擬運算，得到支撐的滯回曲線如圖1所示，殘余變形情況如表2所示。

最外圈耗能量（KJ）22.8325.5625.7322.8525.41

從圖1（a）和表2可以看出，當間隙δ為0.5mm時，支撐在加載倒數(shù)第二圈到達了最大受壓變形16.405mm，而加載最后一圈，最大受壓變形只有4.67mm，由于間隙的縮小，核心管受壓變形時，開孔部分從第五圈開始孔壁間發(fā)生受壓接觸，使得受壓變形能力出現(xiàn)短暫的加強，如圖3所示。但隨著開孔處高階塑性變形累積，套箍效應愈發(fā)顯著，最終阻礙了受壓變形和受壓承載力的增長，因此外圈耗能量較少。當間隙增大時，此類現(xiàn)象不明顯。從表2還可發(fā)現(xiàn)，δ由1.5mm變?yōu)?.5mm時，最大受拉變形有顯著增加，最大受壓變形微弱減小，最外圈耗能量增加，支撐性能有略微提升；δ由2.5mm變?yōu)?.5mm時，無論是最大變形還是耗能量都顯著減弱；當間隙變?yōu)?.5mm時，最大受拉變形進一步較小，顯示受壓段出現(xiàn)了明顯的屈曲。

結(jié)合以上，支撐在δ取1.5mm～2.5mm之間時性能最佳，建議合理的間隙取值為1.5mm～2.5mm。

4 總結(jié)

內(nèi)外套管與中間耗能管間隙過小會導致耗能管孔壁過早接觸，間隙過大則喪失對中間管的約束能力使其屈服前就已屈曲，對支撐承載力和耗能能力都是不利的，分析表明合理的間隙取值應在1.5mm與2.5mm之間。

參考文獻：

[1]喻圣潔.一種自復位三重鋼管約束屈曲支撐及其制作工藝：中國，ZL201310543104.2[P].20151028.

[2]喻圣潔，鄭廷銀.自復位三重鋼管約束屈曲支撐性能分析[J].江蘇建筑職業(yè)技術學院學報，2016，16（4）：2022，30.

作者簡介：喻圣潔，男，江蘇徐州人，碩士，助理講師。