轴向加载下不同捻向多股钢丝绳的力学行为研究

多股钢丝绳在工程结构中广泛应用,其中多数钢丝经过两次捻绕成为二次螺旋钢丝.基于Love 弹性曲杆理论和变形前后钢丝绳结构状态分析,建立了轴向加载下考虑二次螺旋钢丝局部变形行为的多股钢丝绳弹性理论模型,并通过有限元模拟研究了钢丝绳的弹塑性力学响应.将弹性理论模型结果与有限元模拟结果、Costello 模型进行了对比验证,进一步分析了不同捻向钢丝绳(顺捻、交互捻)整绳和局部钢丝的力学行为.研究发现二次螺旋钢丝的局部响应不同于单股绳一次螺旋钢丝,钢丝的弯曲和扭转变形沿钢丝绳截面周期性变化.整绳受拉伸载荷时,沿钢丝轴线的拉伸变形占主要部分,交互捻钢丝的弯曲和扭转变形均小于顺捻钢丝,且扭转变形的方向与顺捻钢丝相反.在通常弹性使用范围内,交互捻钢丝绳沿钢丝截面的最大拉伸和扭转应力均小于顺捻钢丝绳,且产生的反作用扭矩更小,因此优于顺捻钢丝绳.