轴压比对钢管混凝土柱侧向冲击性能影响研究

为研究不同轴压比对钢管混凝土柱侧向冲击性能的影响,该文对已有的冲击试验进行了验证。在验证模型基础上建立了不同轴压比的钢管混凝土柱在侧向冲击作用下的动力有限元模型,计算得到连续变化轴压比下钢管混凝土的抗冲击性能参数。结果表明:轴压比对钢管混凝土的侧向抗冲击性能有显著影响。在轴压比小于0.7时,轴力对钢管混凝土构件侧向抗冲击能力有提高作用,当轴压比大于0.7时,轴力对钢管混凝土侧向抗冲击能力有削弱作用。     

侧向撞击荷载下FRP管-混凝土-钢管组合梁抗撞性能的理论分析模型

基于ABAQUS有限元软件为平台建立了FRP管-混凝土-钢管组合结构在低速侧向撞击荷载下的有限元计算模型,该模型计算结果与现有试验结果对比后吻合良好,能够较好地模拟FRP管-混凝土-钢管组合结构在侧向撞击作用下的性能。同时利用该模型进行了有限元参数分析,通过改变冲击能量和空心率来分析它们各自对该组合结构撞击性能的影响。得出的结论是冲击能量对该组合结构跨中极限挠度影响显著,但冲击力平台值却几乎不变;空心率对该组合结构抗撞击性能影响较大,尤其是当空心率在0.6~0.8范围内时组合结构展现出良好的抗撞击性能,且当空心率χ=0.7时,FRP管-混凝土-钢管组合结构表现出的抗冲击力学性能最好。这些研究对进一步开展FRP管-混凝土-钢管组合结构的抗撞击性能研究提供了一定的参考依据。     

火灾下钢管混凝土梁落锤冲击试验研究

采用落锤冲击试验机自行设计的高温试验炉,进行了火灾作用下钢管混凝土梁抗冲击性能试验研究。考察了受火时间、冲击能量对常温和火灾下钢管混凝土梁抗冲击性能的影响。试验测试了火灾下构件核心混凝土和钢管表面的温度、冲击力和挠度变形时程曲线以及残余挠度变形等数据。试验结果表明,火灾下钢管混凝土梁仍具有良好的抗冲击性能,构件的弯曲程度和塑性区长度随受火时间的延长而增大,随着冲击能量增大而减小;最大冲击力随受火时间的延长而减小,随冲击能量的增大而增大。研究结果可为钢管混凝土梁抗火灾倒塌性能评估和设计提供参考。     

高温后钢管混凝土短柱落锤动态冲击试验研究

采用落锤冲击实验机进行了高温作用后钢管混凝土短柱抗冲击性能试验研究,通过试验研究试件所经历的最高温度、升降温全过程中轴压力水平、冲击速度、冲击能量和含钢率等参数对高温后钢管混凝土抗冲击性能的影响。试验量测了钢管混凝土应变、冲击力和压缩变形时程曲线,试验结果表明,试件所经历的最高温度、冲击速度、冲击能量和含钢率均对高温作用后钢管混凝土的动态力学性能有显著的影响,而升降温全过程中轴压力水平的影响较小。试件的轴向和径向残余变形随着试件所经历的最高温度、冲击能量、轴压比的增大而增大,随着含钢率的增大而减小。高温后钢管混凝土在冲击作用下产生了较大的压缩变形,延性有所下降,但仍能够保持很好的完整性,说明钢管混凝土在高温作用后有良好的抗冲击能力。     

固简支钢管混凝土构件侧向冲击试验研究

对固简支钢管混凝土构件在侧向冲击下进行了耐撞性试验,实测了该构件在冲击荷载作用下的动力响应及破坏过程,得出了试件在冲击力作用下的时程曲线,同时对构件的破坏形态问题也做了分析。试验表明:钢管混凝土构件具有良好的抗冲击性,在构件受到突加荷载作用时,表现出了很好的延性。钢管混凝土受到侧向撞击时,材料有明显的屈服阶段。落锤的速度越高和质量越大,构件的动力响应越明显。这为进一步研究钢管混凝土结构提供了分析方法和依据。     

累计冲击荷载作用下GFRP-混凝土组合梁动态响应分析

为探究玻璃纤维复合材料(glass fiber reinforce plastic, GFRP)-混凝土组合梁在多次落石冲击荷载下的动态响应,采用摇臂式落锤试验机,对1根纯GFRP梁及4根GFRP-混凝土组合梁进行累计冲击试验,得到了不同工况下试验梁位移、冲击力、应变时程曲线及裂缝开展状态,并分阶段讨论了梁体损伤演化过程。试验结果表明：纯GFRP梁具有优异的抗冲击性能,但冲击荷载作用下变形过大;组合梁的破坏特征均为混凝土主裂缝贯通,GFRP-混凝土界面发生剥离,良好的界面黏结性能是确保GFRP-混凝土组合梁抗冲击性能提升的关键;竖向冲击荷载下,混凝土厚度的增大,可明显减小同一冲击高度下梁体跨中的变形响应;试验梁抵抗侧向冲击的能力优于其抵抗竖向冲击的能力。采用显示动力分析软件LS-DYNA建立了GFRP-混凝土组合梁累计冲击模型,并基于该模型分析了冲击锤质量、冲击速度及截面高度比等参数对GFRP混凝土组合梁动态响应的影响规律。     

高温下钢管混凝土SHPB动态力学性能试验研究

采用霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置和特制高温试验炉进行了高温下钢管混凝土的抗冲击性能试验研究,通过测试高温下钢管混凝土的动态强度和应力-应变曲线,揭示温度和冲击速度(应变率)对高温下钢管混凝土动态力学性能的影响规律。试验结果表明,高温下钢管混凝土仍具有良好的抗冲击性能、延性和耗能能力。在该文试验参数范围内,温度作用相比冲击速度的影响更加显著。高温下钢管混凝土动态强度受试件尺寸影响显著,后续研究工作应关注钢管混凝土动态冲击荷载作用下的尺寸效应研究。     

侧向冲击载荷作用下钢管混凝土梁动力响应的实验和理论研究

该文中对套箍系数分别为1、1.15和1.9的两端简支钢管混凝土梁在侧向冲击载荷作用下的动力响应进行了实验和理论研究。动载试验在DHR-9401落锤式冲击实验机上进行,实验中得到了试件破坏模态和冲击力时程曲线等特征量。进而基于实验研究结果,并考虑撞击时局部变形的影响,建立了局部变形和整体变形的关系,推导出钢管混凝土梁在低速冲击下整体变形的计算公式,其结果与实验结果较为吻合,并为临界破坏冲击能的计算提供了方法。     

连续侧向冲击作用下钢筋混凝土管动力响应试验研究

为了揭示钢筋混凝土管在连续侧向冲击荷载作用下的破坏机理,完成了6个钢筋混凝土管的横向冲击测试,考虑了不同落锤高度、冲击次数以及简支、固支两种约束形式对钢筋混凝土管侧向冲击动力响应的影响。提出了冲击力和跨中变形的预测公式并采用试验数据进行了拟合,得到了不同冲击速度、冲击次数对管道冲击力峰值和跨中位移的变化规律。采用吸能系数来量化评价管道承受侧向撞击时的吸能能力。结果表明,固支约束管道变形破坏显著好于简支约束试件,承受多次侧向撞击后,吸能系数增大,抗冲击变形能力明显下降。     

高温与冲击耦合作用下双钢管混凝土柱动态响应数值模拟研究EI北大核心CSCD

为研究双钢管混凝土(concrete-filled double-tube,CFDT)柱在高温下的抗冲击性能,利用ABAQUS有限元软件建立CFDT柱在高温与冲击耦合作用下的有限元模型,考虑材料的温度软化、应变率强化效应以及轴力的影响,并通过已有CFDT柱的火灾试验和常温下侧向冲击试验进行了分段验证。在此基础上,从冲击力、跨中位移、荷载分布情况与损伤演化等方面分析了不同温度下CFDT柱的抗冲击动态响应,并考虑了不同截面形式、轴压比、冲击速度和混凝土强度对CFDT柱抗冲击性能的影响。研究结果表明,在高温与冲击耦合作用下,CFDT柱主要呈现弯曲破坏,随着温度升高,CFDT柱抗冲击性能和抗弯承载力逐渐降低。CFDT柱的耐火极限是普通钢管混凝土柱的2.1倍。轴力对CFDT柱抗冲击性能产生不利影响,当轴压比从0增加到0.6,高温800℃时构件冲击力平台值下降了32.4%;混凝土强度对高温下CFDT柱抗冲击性能有显著影响,高温800℃时混凝土强度由40 MPa增加到60 MPa,构件冲击力平台值提高了22.8%。     

钢板夹钢管组合板抗低速冲击性能的优化研究

试验共设计了三块钢板夹钢管组合板,分别为净距90 mm的三钢管组合板(G3)、净距30 mm的四钢管组合板(G4)与净距0 mm的五钢管组合板(G5);研究了组合板在落锤冲击作用下的抗冲击性能及破坏情况。利用有限元软件对试验组合板及不同厚度钢板、钢管的组合板进行模拟,分析钢管(钢板)位置、钢板厚度、钢管壁厚对组合板抗冲击性能的影响。提出单位增加质量贡献比γ来衡量组合板抗冲击性能优化的程度。结果表明:钢管分布连续的组合板抗冲击性能最好;在组合板变形不太大的情况下,钢板在抗冲击过程中起主要吸能作用;只增加中钢管壁厚能更快地提高组合板抗冲击性能,但材料利用率降低;只增加上钢板厚度能提高组合板边钢管抗冲击过程的参与度,增强组合板的整体性,并提高材料利用率。     

单层和双层足尺度海底管道抗冲击性能分析

海底管道在服役过程中除了受到常规荷载作用外,还会受到各种意外的冲击载荷作用而失效。为了研究承受横向冲击载荷作用下海底管道的动态特性,对三个单层和一个双层的足尺度管道进行了落锤冲击试验,获得了横向冲击作用下管道的破坏形态、冲击力时程曲线、位移时程曲线及应变时程曲线。建立了分析冲击荷载作用下海底管道失效过程的有限元模型,并通过与试验结果的对比验证了模型的精确性。利用有限元模型研究了冲击高度、材料屈服强度、管道长细比和径厚比等参数对管道抗冲击性能的影响。研究结果表明:海底管道在冲击载荷作用下的破坏模式是局部凹陷处弯曲屈服,由管道的整体弯曲变形与冲击凹痕部位的局部弯曲耦合形成。与单层管道相比,双层管道由于内层管道参与抵抗冲击荷载的作用,从而具有更好的抗冲击性能。管道钢材的屈服强度的增加可有效减小冲击作用下的局部凹陷变形。     

支座嵌固式与可拆卸式防撞柱撞击试验研究

防撞柱主要用于建筑物防恐体系中,有效降低大型机动车对建筑物和密集人群安全的冲撞伤害。设计了一种支座可拆卸式钢管混凝土防撞柱,并与支座嵌固式钢管混凝土防撞柱的撞击性能进行了试验对比。分别对7根支座嵌固式和6根支座可拆卸式防撞柱进行了水平撞击试验,获得了防撞柱撞击动态视频、撞击力—时程曲线和侧向位移—时程曲线。基于试验结果,对比分析了水平冲击荷载作用下的不同柱脚支座类型防撞柱的运动过程和抗冲击性能,以及抗侧移刚度对防撞柱抗冲击性能的影响。结果表明,相同撞击速度和抗侧移刚度条件下,支座可拆卸式防撞柱抗冲击性能优于嵌固式防撞柱。     

压实系数对内填砂卵石薄壁方钢管柱在冲击载荷下力学性能的影响分析

利用落锤冲击装置完成了不同压实系数下内填砂卵石薄壁方钢管柱侧向冲击试验,试验中记录了冲击力时程曲线,并获得了试件的破坏形态以及残余变形量。基于剩余承载力损伤评估准则,定义损伤度来判定冲击荷载下内填砂卵石薄壁方钢管柱损伤破坏程度,分析压实系数与柱损伤度的关系。试验结果表明:试件在侧向冲击荷载作用下,主要以局部破坏为主,并伴有一定量的整体弯曲变形;除了试件塑性变形中产生的塑性铰能消耗部分冲击能量外,内填砂卵石也能耗散一部分冲击能量,且压实越紧密,能量消耗越多,该组合柱表现出了较好的抗冲击性能;在一定压实系数范围内,损伤度随着压实系数增大出现先增大后减小的趋势,且砂卵石离散程度越小,损伤度的变化速率就越大。     

FRP钢管混凝土构件抗冲击性能仿真分析

FRP-钢管混凝土结构是一种新型复合结构形式,该结构由在外壁为FRP（CFRP/GFRP,碳/玻璃纤维增强树脂）材料、内壁为钢材的复合圆管内浇筑混凝土而形成。本文应用有限元方法分析FRP钢管混凝土构件的抗冲击性能,通过变化FRP种类、包裹层数、包裹形式以及钢管的厚度考查不同冲击力下的结构响应,得出冲击力和变形的时程曲线。研究发现利用FRP加固的方法有效地提高了钢管混凝土构件的抗冲击刚度,其增强效果与FRP种类以及FRP的包裹方式和厚度相关,其中以纵向包裹CFRP的试件挠度为最小。为验证数值模拟方法和策略的正确性,对已有钢管混凝土的冲击实验案例进行仿真模拟,模拟结果与实验结果对比良好。     

格构式钢柱抗侧向撞击性能的试验研究

格构式钢柱常用于重型工业厂房的排架柱或高大的独立支柱,此类构件使用环境复杂性,极易遭遇侧向撞击荷载作用。为探明格构式钢柱的抗侧向撞击性能,利用DHR9401落锤式冲击试验机完成了6根格构式钢柱侧向撞击试验。试验中利用动态应变仪记录了不同冲击能作用下格构式钢柱的冲击力时程曲线,并获得了其残余破坏形态和塑性变形量。结果表明:格构式钢柱在侧向撞击荷载的作用下表现出良好的延性性能和抗冲击性能,其残余变形主要包括整体侧向弯曲变形和撞击部位的局部屈曲变形;其残余变形的变化与冲击能的变化呈线性关系。     

新型复合柱抗冲击试验研究及有限元分析

为改善结构柱抗冲击性能,提出最优截面形式,对不同截面的新型复合柱进行了抗冲击试验研究,并基于3种通用动力非线性有限元软件MSC.Marc、ABAQUS和ANSYS/LS-DYNA对撞击试验进行了数值模拟。试验结果表明新型复合柱的整体抗冲击性能较好;在相同外径和用钢量下,实心夹层钢管混凝土抗冲击性能最佳,空心夹层钢管混凝土抗冲击性能次之,内插双H型钢钢管混凝土稍差。ABAQUS建立的有限元模型和试验结果吻合最好,MSC.Marc次之,ANSYS/LS-DYNA稍差。研究结果可为新建大型铁路站房柱抗冲击选择最优截面提供依据,并为选取适合的有限元软件进行抗冲击分析提供参考。     

侧向冲击下中空箱形钢管混凝土叠合柱动力响应的实验与有限元分析

中空箱形钢管混凝土叠合柱由钢筋混凝土和钢管混凝土组成,为研究其抗冲击性能,利用自主研发的落锤式试验机开展箱形叠合柱抗冲击实验,重点研究了边界条件、冲击高度和轴压比对冲击力时程、跨中位移的影响。此外在实验基础上通过ANSYS/LS-DYNA软件建立了有限元模型,分析了各组件内能分配。实验结果表明:随冲击高度的增加,冲击力时程曲线由两段式发展为三段式,内埋钢管混凝土作用逐渐明显;随边界条件的改变,两端固定时的抗变形能力较两端简支时增强;而轴压比对其动力响应影响不显著;冲击能量较大时,钢管混凝土吸收的能量达到了1/3,抗冲击性明显。     

热轧H型钢柱侧向冲击试验研究

利用DHR9401落锤式冲击试验机完成了两种不同边界约束条件下的12个热轧H型钢柱侧向冲击试验,试验中利用动态应变仪记录了冲击力时程曲线,并获得了试件的破坏形态和残余变形量。试验结果表明:热轧H型钢柱强轴在侧向冲击荷载的作用下,固-简约束边界务件的试件以发生整体弯曲变形为主,翼缘下支垫刚性平台约束边界的试件以撞击部位的局部屈曲变形为主;边界条件对试件的冲击力时程有显著影响;随着冲击能的增大,试件的残余变形增大,两者之间基本呈线性关系;试件在试验过程中表现出良好的延性性能和抗冲击性能。     

冲击荷载下钢管混凝土柱模型力学性能试验研究

为研究冲击荷载下钢管混凝土柱（CFT）的力学性能，采用φ57mm轻气炮实验装置和技术，进行了8个钢管混凝土柱模型的冲击试验及模拟分析计算。测得了不同弹体冲击速度下试件表面的应变时程曲线，获取了试件破坏形态及残余变形，比较了不同弹体冲击速度、试件装夹部位、试件外包约束等因素的影响。结果表明，冲击荷载作用下试件残余变形、应变变化直接与弹体冲击速度有关；受弹体碰撞后，试件冲击端的残余变形最大；装夹部位设在试件中部更能真实的模拟试件受力的真实情况．外包碳纤维对试件的抗冲击性能有一定的改善，尤其是在横向变形较大的部位；钢管混凝土柱模型试件的应变量级很大，环境噪声影响较大，可采用大阻值和大量程应变片提高应变准确度。