鋼管混凝土短柱軸向沖擊的試驗(yàn)研究與仿真分析.pdf

1、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)利用鋼管和混凝土在受力過(guò)程中的相互作用，可以充分發(fā)揮兩種材料的性能，具有承載力高，抗震性能好，施工方便等特點(diǎn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，興建的高層、超高層建筑、大跨度拱橋、重型工業(yè)廠房日益增多，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。然而鋼管混凝土動(dòng)力特性的研究仍處于滯后的狀態(tài)：目前的研究主要局限于地震作用下的響應(yīng)以及動(dòng)力穩(wěn)定問(wèn)題，對(duì)于其它形式下的動(dòng)荷載，特別是爆炸、沖擊等偶然荷載還很少有人問(wèn)津。沖擊現(xiàn)象無(wú)處不在，對(duì)建筑物也不

2、例外。美國(guó)紐約“9.11”事件之后，人們開始更加關(guān)注大型建筑結(jié)構(gòu)在沖擊荷載作用下的響應(yīng)及其防護(hù)設(shè)計(jì)問(wèn)題。而象結(jié)構(gòu)柱這樣的主要承重構(gòu)件，一旦失效后果將十分嚴(yán)重，更應(yīng)進(jìn)行深入的沖擊方面的研究。 為此，本文首次較全面系統(tǒng)地進(jìn)行了鋼管混凝土短柱軸向沖擊試驗(yàn)。選取16根鋼管混凝土短柱作為對(duì)象，研究其在軸向沖擊荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得了沖擊力時(shí)程曲線，試件受沖擊端的加速度時(shí)程曲線，鋼管表面頂、中、底部的縱向應(yīng)變和環(huán)向應(yīng)變時(shí)程曲

3、線。通過(guò)比對(duì)鋼管表面的塑性應(yīng)變值，找到了試件發(fā)生塑性變形的臨界沖擊能量。考察鋼管混凝土短柱在軸向沖擊下的變形形態(tài)，得出了隨沖擊速度的改變，鋼管混凝土短柱變形形態(tài)的變化規(guī)律。 本文除進(jìn)行了鋼管混凝土短柱的軸向沖擊試驗(yàn)外，還進(jìn)行了一系列比較性試驗(yàn)，包括：同種試件的靜力試驗(yàn)、鋼管短柱軸向沖擊試驗(yàn)和混凝土短柱軸向沖擊試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)比較證明：在沖擊荷載作用下，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有很高的承載能力和塑性變形能力，是一種理想的抗沖擊結(jié)構(gòu)材料。

4、 在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用大型通用有限元計(jì)算軟件ANSYS/LS-DYNA模擬鋼管混凝土短柱軸向沖擊試驗(yàn)。將模擬結(jié)果與相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果相比較，得出用軟件模擬鋼管混凝土這一組合結(jié)構(gòu)的基本方法及規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬得出了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在軸向沖擊作用下的一些基本特性。 本課題為進(jìn)一步研究鋼管混凝土這種材料的沖擊性能提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)及有限元模擬的分析方法。這種通過(guò)大型有限元分析軟件進(jìn)行模擬分析與計(jì)算的作法，是一種研究鋼管混凝土梁