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怎么计算钢套钢蒸汽保温管的轴压荷载？
作者：河北大东管道防腐保温工程有限公司
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发表时间：2020-05-25 16:54:40
所用硬质聚氨酯泡沫（RPUF, rigid polyurethane foam）采用自发泡方式填充，将多元醇和多异氰酸酯混合物注入一端封口的1.5m长钢管中，然后将注入端封口，自然发泡完成得到试验所用短柱试件，试件总长度为150mm，其中50mm为锚固用长度，计算长度为100mm.RPUF填充圆钢管截面见图1RPUF设计密度为300kg/m3，薄壁圆钢管采用Q235B直缝焊管，钢管壁厚选用1.5、2.0和2.5mm3种尺寸在进行静力轴压试验之前，首先开展了相关材料的材性试验，按照***标准GB/T8813-2008的要求，制取100mm×100mm×50mm的长方体材性试块，进行单轴静力压缩试验，加载速度选用2mm/min，得到的单轴压缩试验应力-应变曲线，由弹性段（AB），平台段（BC）和密实段（CD）三部分组成，主要材性参数见表1.σt为平台段应力，取应变为10%时对应的应力值，泊松比v近似为0。
为研究RPUF填充圆钢管和空钢管在轴压荷载下的力学特性和耗能能力，考虑不同径厚比对RPUF填充圆钢管短柱构件耗能能力的影响，共加工了3根RPUF填充圆钢管和3根空钢管进行轴压试验，轴压试件尺寸见表3.试件编号中的A、B、C分别表示钢管壁厚为1.5、2.0、2.5mm,EOT表示空钢管，P3T表示RPUF填充管。表格中D、t和L分别为试件所用钢管实测的外径、壁厚和试件总长度，p为填充密度。
轴压试验在哈尔滨工业大学WAW-10000微机控制电液伺服***试验机上进行，轴向位移和荷载数据通过试验机系统自动采集，试验过程中为固定试件，采用图3（a）所示的夹具对短柱试件进行锚固试验装置见图3（b）。采用位移控制加载的方式，加载速率选用2mm/min的试件轴压变形模式见图4.空钢管均发生了不同程度的非对称的叠缩变形，随着钢套钢蒸汽保温管的壁厚的増加，变形模式逐渐趋于对称叠缩。而RPF填充管则一律发生了对称的叠缩变形. Azarakhsh等°的研究表明薄壁管件的力学性能和吸能特性与其变形模式密切相关，而薄壁钢管短柱的轴压变形模式，主要与薄壁钢管的初始缺陷有关，壁厚越薄，在相同的制造误差和运输条件下造成的缺陷就越明显；当填充聚氨酯泡沫后，能够有效改善薄壁圆钢管的轴向压缩变形模式，使构件趋于对称叠缩变形，说明聚氨酯泡沫作为芯体填充到薄壁构件中能够有效地改善薄璧管件因初始缺陷对其力学性能的影响。
空钢管和RPUF填充管的轴压荷载-位移曲线见图5.钢套钢蒸汽保温管同壁厚的空钢管和RPUF填充管的弹性段斜率一致，说明在弹性段，RPUF填充管承受的荷载主要由外部薄壁钢管承担：随着轴向位移的增大，钢材发生屈服，空钢管的荷载-位移曲线斜率迅速减小，荷载达到极限荷载，在这个阶段RPUF填充管的荷载一位移曲线斜率大于空钢管，此时，轴压荷载由外部薄壁钢管和内部填充的硬质聚氨酯泡沫共同承担，RPUF填充管的***峰值承载力高于对应壁厚的空钢管；轴向位移进一步增大，钢管发生叠缩变形，空钢管发生非对称叠缩变形时，叠缩段荷载下降到远低于极限承载力的水平，且波动较小，而当变形模式趋近对称叠缩变形时，叠缩段荷载波动较大，，RPUF填充管的变形模式均为对称叠缩变形，此阶段随着变形的增大，钢套钢蒸汽保温管的聚氨酯泡沫逐步压缩密实，承载能力逐步提高，对构件整体承载力贡献逐步增强，***叠缩段的峰值荷载有超过***峰值荷载的趋势。
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