确定大直径中空夹层混凝土柱中内钢管在混凝土作用下的稳定性能 ，对 5~0mm长的圆钢管 开展了有限元线性屈曲分析，在此基础上 ，采用高级弧长法对圆钢管进行了非线性失稳分析，建模和求解过程中 考虑了几何和材料双重非线性的影响，得到了内钢管结构变形最大点的全过程荷载 一位移曲线以及单元和节点 的应力分布图。给出中空夹层混凝土柱中内圆钢管避免在达到承载力之前发生失稳的四点建议，为进一步开展 该类柱的极限承载力分析奠定基础。 【关键词】 薄壁圆钢管；几何非线性 ；弧长法；抗失稳 【中图分类号】 TU337 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2011)08—0072—02 中空夹 层混 凝 土 柱 中薄 壁 内钢管 由于机 械或 夹 层t昆凝 土挤 压作 用 在 整体 或 局部 区域 不 可避 免地 会 产生压应力 ，当压应 力 超过 钢管临界 荷载 时则 会 引起 钢管的整体或局部失稳 -3]。研究薄壁内圆钢管的稳 定性 目的在于 确定 薄 壁 圆钢 管 的 临界载 荷及 其 相应 的失稳振型，以便采取有效的加强措施 ，从而提高中 空夹层混凝土柱 中薄壁 内钢管抗失稳 能力 。本 文 对 5m 长的 圆钢 管开展 了有 限元 线性屈 曲分 析 ，在 此 基础上，采用弧长法进行了非线性失稳分析，得到了 圆钢管结构整 体稳 定 的全过 程 荷载 一位 移 曲线 以及 单元和节点 的应力 分布 ，最后提 出 中空夹 层混凝 土 柱 中薄壁 内钢管抗 失稳 的几点措 施 ，为此类 柱 的构造 设 计提供参考 。 1 有限元模型 1．1 分析参数 薄壁圆钢管中径取为 lO00mm，壁厚 2mm，计算长 度取为5000ram，材料为 Q235钢材，弹性模量和泊松 比如文献 [2]所示 。 1．2 有 限元建模 采用 ANSYS 中 Solid45单元模拟 圆钢管 的壳 壁，沿着圆周方 向线段的剖分数取为 20份 ，圆钢管轴 向剖分数取为 40份 ，厚 度方 向管壁 比较 薄 ，线段 的剖 分数取为 I份，由于钢管两端往往可以得到结构体系 的加 强 ，因此两 端 可 以保持 圆形 截 面的形 状 ，为此模 型 中我们 约束 环 向位 移 。此外 钢管 底端 需 要 约束轴 向位移 ，钢管外表面施 加均 布外压 力模拟夹 层 混凝 土 的挤压作用 。建立 的有 限元模 型如图 1所示 。 2 特征值屈 曲分 析 中空夹层混 凝 土 柱 中薄壁 内钢管 线性 屈 曲分 析 的特征值方程为 ([ ]+A[K ]){ }=0 (1) 式中，A为特征值 ； 为特征位移向量；[ ]为内 钢管 的弹性刚度矩阵 ；[K ]为 内钢管初应力矩 阵。 图1 中空夹层混凝土柱中内钢管有 限元模型 特征值屈曲分析的特点是假定钢管发生微变形， 材料 在弹 性范 围 内呈线性 变化 ，所 以计 算速 度快 ，在 进行非线性稳 定分 析 之前 可 利用 其先 了解 屈 曲的大 致形状 ，可预测屈陆载荷的上限。本 文采用 ANSYS有 限元 中 BlockLanezos方法 求解 了内钢管的前 3阶特 征值 ，如表 1所示 。 表 1 三种屈 曲模态对应 的屈 曲临界荷载 3 非线性屈 曲分析 3．1 大变形几何 非线性 线性屈曲分析得到的屈 曲荷载，可能过高估计结 构 的整体稳定性 ，为此需要 进一 步进行 大位 移几何 非 线性整体稳定 分析 。为 确定 内钢 管 的整体 稳定性 ，对 内钢管开展全过程的几何非线性稳定分析是十分必 要的。本 文采用 ANSYS中的弧长法进行非线 性分析 。 采用 弧长法进行 非线性 分析之后 ，通过 时 间历程后 处 理 可得 内钢管 跨 中截 面各 个 节点 的 荷 载 一位移 曲

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