采用有限元模型对钢管混凝土构件在冲击荷载下的力学性能深入分析

 
 
 
主要结论如下：
（1）两端简支钢管混凝土梁在跨中冲击荷载作用下变形模态主要为弯曲变形，在跨中部位形成塑性铰，相比于空钢管构件和钢筋混凝土构件具有更好的破坏模态。冲击部位是构件塑性变形的主要发展部位，在进行防撞设计时需进行局部加强。
（2）与静力加载相比，冲击荷载下钢管混凝土构件表现出不同的行为，一方面由于惯性力的影响，构件的受力状态发生改变；另一方面由于材料的应变率效应，构件的截面应力水平提高，截面抗弯强度也要高于静力之下。
（3）钢管混凝土构件在冲击荷载下的主要耗能机制为钢管和混凝土的塑性变形，其中外钢管是主要的耗能部位。与空钢管的耗能情况相比，表明核心混凝土的支撑作用极大地增强了外钢管的耗能能力。


（4）轴压比对钢管混凝土构件在侧向冲击下的力学性能有较大影响，随着轴压比的增大，构件冲击力降低，跨中挠度增大，临界破坏能量减小，剩余承载能力降低。但在轴压比较低时，随着轴力的提高，构件截面抗弯强度会有所提高，临界破坏能量也有所增长。
（5）参数分析结果表明，钢材强度（fy）、截面含钢率（α）、截面直径（D）和冲击速度（V0）是影响钢管混凝土构件在侧向冲击荷载下截面动力抗弯强度（Mud）的主要参数。其余参数的影响较小。
（6）基于参数分析的结果，通过对大量算例的计算分析提出了钢管混凝土构件截面动力抗弯强度实用计算公式。与有限元结果的对比表明，实用计算公式具有很好的计算精度。
本文主要进行了四方面的研究工作：进行了圆钢管混凝土试件的落锤冲击试验；建立了构件在横向冲击荷载作用下的精细化有限元模型；进行了圆钢管混凝土梁、柱在侧向冲击荷载下的工作机理分析；最后得到了圆钢管混凝土构件截面动力抗弯强度实用计算方法。
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