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关于大口径螺旋钢管结构稳定性问题

浏览：发表时间：2020-06-22 15:41:20

　　国内外都建议采用 Mises公式。将加肋对大口径螺旋钢管管壳的作用看成简支，基本没有考虑加肋的影响，这对失稳的地方离加肋较远处尚可，否则，已失去意义。事实上失稳在何处与外来压力出现在何处有关，与混凝土和管壁间岀现的缺陷缝隙位置有关。在靠近加肋处附近，管壳失稳也同样发生，这时的加肋因素不得不考虑。另 Mises公式也未考虑缺陷因素的影响。规范推荐的“半解析法”算法及“赖-范法”，是压力管道失稳分析的进步，但半解析法在模型的设计上把加肋看成一个板来处理，并且认为加肋板有沿管道轴线方向的位移。

　　事实上，由于加肋周围的加锚及混凝土的约束，使加肋在大口径螺旋钢管管道轴线方向的刚度非常大，无法发生位移，所以应看成厚的曲梁，只在肋轴线所在的平面内变形；而赖-范法”把加肋看成***刚性也不妥当，事实上加劲环（肋）没有那么刚硬，在其轴线的平面内还有变形，对管壁有一定的影响，既不能看成简支，也不能看成固支另外，“半解析法”算法和“赖-范法”有一个共同的问题是二者都没有考虑混凝土和管道之间的裂隙形成的“缺陷”。其实道的失稳往往由于裂隙“缺陷”而形成，灌浆或渗流压力往往在裂隙缺陷”处开始作用于管壁，造成外压失稳。msut公式在计算光面管时，考虑了这种缺陷，但传统的Amstutz法仅考虑缝隙Δ的大小，没考虑缝隙△波及范围。加肋管道的失稳模型，应考虑缺陷的影响，无论是管壁本身的缺陷，或是混凝土与管壁间的裂隙缺陷。压力管道外压稳定性相对于压力管道其他方面的问题，比如强度分析、材料研究等方面的研究相对滞后，这主要是因为作为壳休结构，相对于杆及板类结构受力更加复杂，几何描述及位移状态描述更加困难，稳定性理论及失稳破坏机理更不易观察。在求解特征解时，不易收敛，计算方法上有一定困难等原因，形成了埋藏式压力钢管的研究成果较少，一直处于几十年以前的发展状态。另一方面客观原因是现行方法计算比较简便，解析公式和经验公式都比较容易。尽管公式的适用性受到诸多局限，但由于省时省力，在一定程度上适用了设计工作者习惯取向，但随着越来越多、越来越庞大的水电工程的兴建，必须更加客观地认识这些已有方法的局限性，科学地研究这一工程中非常重要而且非常紧迫的问题。

　　稳定性理论薄壳大口径螺旋钢管结构稳定性问题是工程力学中的一个重要课题，它广泛存在于建筑、机械、航空航天、船舶制造、大型压力容器、水利工程、石油化工等重要的工业领域，如建筑上的钢格构柱、飞机外壳、飞行器外壳、潜艇外壳、水电站与火电厂压力管道、海底输油管道、U型渡槽等等。可以说，有细长及薄壳结构在压力作用下绝大部分存在着稳定性问题。这些结构一旦失稳破坏就会发生重大工程事故，产生巨大经济损失甚至人员伤亡。我们知道失稳临界荷载往往比强度极限荷载小得多，所以稳定性问题比一般的力学问题更具危险性、突发性。所以研究稳定性问題，理论及工程价值重大。一般地讲，失稳问题分为如下两类1.分支点失稳以稳定性的概念出发结构平衡状态有三种，即稳定性平衡、不稳定性平衡和中性平衡。若结构处于某个平衡状态受轻微干扰而偏离原平衡位置，干扰消失后结构恢复到原来的平衡位置则称这个平衡状态为稳定平衡状态。若干扰消失后继续偏离原平衡位置，则称不稳定平衡状态，这时原稳定平衡状态丧失其稳定性，称为失稳。结构由稳定平衡到不稳定平衡状态的过渡状态叫中性平衡状态。这时由稳定平衡到不稳定平衡的过渡点叫分支点。

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