空腔对钢管混凝土柱轴压整体稳定性影响的有限元分析文献学习体会

文献概况与研究背景

本文出自《青岛理工大学学报》2025年第46卷第6期，由王晨洁、郁有升、刘作岩、杨怡亭、安琦等作者完成，依托山东省自然科学基金青年项目（ZR2020QE243）资助。研究针对钢管混凝土柱（Concrete Filled Steel Tube Column, CFST Column）中空腔设置对轴压整体稳定性的影响问题，通过有限元分析系统揭示了空腔位置、截面尺寸和高度对柱体破坏模式和稳定极限承载力的影响规律。

核心观点提炼

文献的核心发现包括：改变空腔位置对钢管混凝土柱轴压整体稳定性有显著影响，在空腔截面尺寸和高度相同的条件下，空腔位于柱高中部位置对轴压稳定极限承载力影响最大，破坏模式为整体弯曲失稳破坏；空腔截面尺寸对稳定极限承载力影响较大，空腔截面尺寸从0增大至80 mm×80 mm时，试件稳定极限承载力下降14.58%；空腔高度对稳定极限承载力影响不明显。

关键技术参数与影响规律

研究设计了35个试件，采用ABAQUS有限元软件建立模型并进行轴压整体稳定性分析。关键参数及影响规律如下：

技术要点深入解读

从钢管混凝土柱的制造工艺来看，空腔的存在本质上改变了柱体的截面特性，包括截面惯性矩、回转半径和截面模量等关键力学指标。空腔位于柱高中部时，对整体稳定性的影响最大，这是因为柱中部在轴压荷载作用下承受最大的弯矩（由于初始偏心或侧向扰动），空腔的存在削弱了该区域的抗弯刚度，导致整体弯曲失稳风险显著增加。

从钢管焊接工艺的角度来看，空腔的形成通常涉及钢管的局部切割和焊接修复。在ERW或HFW钢管中，空腔区域的焊接修复焊缝质量直接影响该区域的力学性能。若焊缝存在未熔合、气孔或裂纹等缺陷，将显著降低空腔区域的承载能力，加剧整体稳定性的退化。

与工程实践的结合

在实际工程中，钢管混凝土柱的空腔设置需考虑以下工程要点：

1. 空腔位置选择：应尽量避免在柱高中部设置空腔，若必须设置，应通过增加空腔区域的局部加劲措施来提高抗弯刚度。
2. 空腔截面尺寸控制：空腔截面尺寸应控制在合理范围内，建议空腔率不超过截面面积的10%，以避免对整体稳定性产生过大影响。
3. 空腔区域焊接质量：空腔区域的焊接修复焊缝应采用全熔透焊，焊缝背面应进行清根处理，确保焊缝的完整性和力学性能。
4. 空腔区域无损检测：空腔区域的焊接焊缝应进行100%超声波检测（UT），必要时采用TOFD或PAUT进行补充检测，确保焊缝质量满足设计要求。

学习心得与启示

本文的研究为钢管混凝土柱的空腔设置提供了重要的设计参考，其参数化分析方法对于工程实践具有直接的指导意义。从钢管制造与焊接工艺的角度思考，空腔区域的焊接质量是保证钢管混凝土柱整体稳定性的关键环节。在实际工程中，应建立完善的焊接工艺评定体系，针对空腔区域的焊接修复焊缝进行专项工艺验证，确保焊缝的力学性能、金相组织和残余应力水平满足设计要求。同时，建议在工程验收阶段引入TOFD或PAUT等先进无损检测手段，对空腔区域焊缝进行全数检测，以确保结构的安全性和耐久性。