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细长直管支架的横向抗震构造和参数选取研究

孙博华 宋广凯 李权威 李翔 张一 戴远帆 陈品元 李蒙 赵良杰 刘轩廷 郭晓琳 魏杰 刘哲

孙博华, 宋广凯, 李权威, 李翔, 张一, 戴远帆, 陈品元, 李蒙, 赵良杰, 刘轩廷, 郭晓琳, 魏杰, 刘哲. 细长直管支架的横向抗震构造和参数选取研究[J]. 工程力学, 2023, 40(6): 46-60. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0843
引用本文: 孙博华, 宋广凯, 李权威, 李翔, 张一, 戴远帆, 陈品元, 李蒙, 赵良杰, 刘轩廷, 郭晓琳, 魏杰, 刘哲. 细长直管支架的横向抗震构造和参数选取研究[J]. 工程力学, 2023, 40(6): 46-60. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0843
SUN Bo-hua, SONG Guang-kai, LI Quan-wei, LI Xiang, ZHANG Yi, DAI Yuan-fan, CHEN Pin-yuan, LI Meng, ZHAO Liang-jie, LIU Xuan-ting, GUO Xiao-lin, WEI Jie, LIU Zhe. STUDY ON TRANSVERSE ANTI-SEISMIC STRUCTURE AND PARAMETER SELECTION OF SLENDER STRAIGHT PIPE SUPPORT[J]. Engineering Mechanics, 2023, 40(6): 46-60. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0843
Citation: SUN Bo-hua, SONG Guang-kai, LI Quan-wei, LI Xiang, ZHANG Yi, DAI Yuan-fan, CHEN Pin-yuan, LI Meng, ZHAO Liang-jie, LIU Xuan-ting, GUO Xiao-lin, WEI Jie, LIU Zhe. STUDY ON TRANSVERSE ANTI-SEISMIC STRUCTURE AND PARAMETER SELECTION OF SLENDER STRAIGHT PIPE SUPPORT[J]. Engineering Mechanics, 2023, 40(6): 46-60. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0843

细长直管支架的横向抗震构造和参数选取研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0843
详细信息
    作者简介:

    孙博华(1963−),男,江苏人,南非科学院院士,教授,博导,院长,主要从事连续介质力学、细薄结构、仿生结构力学、湍流、力学问题标度律等方面研究(E-mail: sunbohua@xauat.edu.cn)

    宋广凯(1993−),男,山东人,博士生,主要从事壳体屈曲研究(E-mail: songguangkai@xauat.edu.cn)

    李权威(1993−),男,河南人,博士生,主要从事仿生结构研究(E-mail: qwli@xauat.edu.cn)

    张 一(1997−),男,浙江人,硕士生,主要从事断裂研究(E-mail: yiyini2@xauat.edu.cn)

    戴远帆(1998−),男,四川人,硕士生,主要从事薄壁结构屈曲性能研究(E-mail: dyf@xauat.edu.cn)

    陈品元(1996−),男,安徽人,硕士生,主要从事冲击动力学研究(E-mail: chenpinyuan@xauat.edu.cn)

    李 蒙(1990−),男,陕西人,博士生,主要从事薄膜软物质材料相关研究(E-mail: mengli@xauat.edu.cn)

    赵良杰(1995−),男,陕西人,博士生,主要从事钢结构稳定相关研究(E-mail: zljwyg1995@xauat.edu.cn)

    刘轩廷(1996−),男(畲族),江西人,硕士生,主要从事3D混凝土打印进程力学研究(E-mail: liuxuanting@xauat.edu.cn)

    郭晓琳(1998−),女,山西人,硕士生,主要从事卡扣力学方面研究(E-mail: holing@xauat.edu.cn)

    魏 杰(1996−),男,福建人,硕士生,主要从事仿生结构力学研究(E-mail: 307723849@xauat.edu.cn)

    刘 哲(1994−),男,安徽人,博士生,主要从事微尺度流体流动、传热等相关研究(E-mail: liuzhe@xauat.edu.cn)

    通讯作者:

    李 翔(1994−),男(彝族),云南人,硕士生,主要从事结构减震、抗震研究(E-mail: lixiang@xauat.edu.cn)

  • 中图分类号: TU391

STUDY ON TRANSVERSE ANTI-SEISMIC STRUCTURE AND PARAMETER SELECTION OF SLENDER STRAIGHT PIPE SUPPORT

  • 摘要: 细长直管道系统,相比于纵向其横向的力学性能对管道的稳定性更重要;对直管道支架抗震性能进行研究,考虑连接方式对管架抗震性能的影响,管道支架与底部基础采用螺栓连接和焊接,设计了SJ1和SJ2两试件进行拟静力试验,并建立管道支架的有限元模型。在获得准确有限元模型的条件下对管道支架构件进行考虑不同中面板构造形式、肋板数量以及连接方式等支架细部构造的参数分析,最终获得具有良好抗震性能的管道支架构造参数。研究结果表明:该文采用螺栓连接的支架构件由于螺栓易被拉起未能充分发挥支架结构的抗震性能,相较于螺栓连接,管架与底部基础采用焊接连接时支架构件试验及有限元分析所得滞回曲线相对饱满,骨架曲线较高,耗能能力较强,表现出相对较好的抗震性能;不同中面板构造形式的支架结构其骨架曲线、耗能能力曲线数值差异不大,刚度退化规律基本一致;增加竖向肋板的数量,支架构件抗屈曲能力增强,承载力和耗能能力得到显著提高,当竖向肋板数量为2个时,有利于协调管道支架的承载力、强度、刚度和耗能能力,更好发挥支架结构的抗震性能。
  • 图  1  管道及支架简图

    Figure  1.  Pipeline and support

    图  2  不同连接形式的支架 /mm

    Figure  2.  Pipe supports with different connection forms

    图  3  试件尺寸详图 /mm

    Figure  3.  Specimen size

    图  4  管道支架载荷示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of pipe support load

    图  5  加载装置示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of loading device

    图  6  加载制度

    Figure  6.  Loading system

    图  7  测点布置

    Figure  7.  Layout of measuring points

    图  8  试件SJ1试验现象

    Figure  8.  Test photos of SJ1

    图  9  试件SJ2试验现象

    Figure  9.  Test photos of SJ2

    图  10  试件SJ1和SJ2试验结果

    Figure  10.  Test results of SJ1 and SJ2

    图  11  模型网格划分

    Figure  11.  FE model

    图  12  模型边界条件

    Figure  12.  Boundary conditions of the model

    图  13  破坏模式对比

    Figure  13.  Comparison of failure modes

    图  14  有限元及试验结果的滞回曲线

    Figure  14.  Hysteresis curves of finite element and test results

    图  15  有限元及试验结果的骨架曲线

    Figure  15.  Skeleton curves of finite element and test results

    图  16  模型尺寸

    Figure  16.  Model size

    图  17  H系列模型破坏模式对比

    Figure  17.  Comparison of failure modes of H-series models

    图  18  H系列模型骨架曲线

    Figure  18.  Skeleton curve of H-series models

    图  19  H系列模型刚度退化曲线

    Figure  19.  Stiffness degradation curve of H-series models

    图  20  H系列模型耗能能力曲线

    Figure  20.  Energy dissipation capacity curve of H-series models

    图  21  C系列模型破坏模式对比

    Figure  21.  Comparison of failure modes of C-series models

    图  22  C系列模型滞回曲线

    Figure  22.  Hysteresis curve of C-series models

    图  23  C系列模型骨架曲线

    Figure  23.  Skeleton curve of C-series models

    图  24  C系列模型刚度退化曲线

    Figure  24.  Stiffness degradation curve of C-series models

    图  25  C系列模型耗能能力曲线

    Figure  25.  Energy dissipation capacity curve of C-series models

    图  26  L系列模型 /mm

    Figure  26.  Model dimensions of L-series

    图  27  L系列模型破坏模式对比

    Figure  27.  Comparison of failure modes of L-series models

    图  28  L系列模型滞回曲线

    Figure  28.  Hysteretic curves of L-series models

    图  29  L系列模型骨架曲线

    Figure  29.  Skeleton curves of L-series models

    图  30  L系列模型刚度退化曲线

    Figure  30.  Stiffness degradation curves of L-series models

    图  31  L系列模型耗能能力曲线

    Figure  31.  Energy dissipation capacity curves of L-series models

    表  1  试件参数

    Table  1.   Specimen parameters

    试件编号地梁型号中面板形式连接方式
    SJ1HW400×400三角形中面板螺栓连接
    SJ2HW400×400三角形中面板螺栓与焊接
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    表  2  钢材材料参数

    Table  2.   Steel material parameters

    钢材弹性模量/MPa泊松比屈服强度/MPa双线性模型切线模量/MPa
    304钢199 3400.3218.001689.1
    Q235钢207 0000.3270.661792.2
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    表  3  模型编号及直角边高度

    Table  3.   Model number and edge height of right angle

    模型编号H1H2H3H4H5H6H7H8
    高度/mm050100150200250300400
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-01
  • 修回日期:  2022-05-29
  • 录用日期:  2022-06-25
  • 网络出版日期:  2022-06-25
  • 刊出日期:  2023-06-25

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