钢管混凝土构件侧向冲击动力响应的实验研究

通过落锤冲击实验，对固简支钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的动力响应问题进行了研究，分析了钢管壁厚、落锤冲击高度对最大冲击力、冲击力作用时间及构件挠度值等因素的影响，为钢管混凝土构件耐撞性能的研究提供了依据。     

侧向冲击下箱形钢管混凝土叠合柱动力响应试验研究

为研究箱形钢管混凝土叠合柱抗冲击性能,利用自主研发的落锤式试验机进行了箱形叠合柱冲击试验,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、应变时程以及破坏形态的影响。试验结果表明:箱形叠合柱在冲击荷载作用下发生弹塑性破坏;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,柱破坏形态表现为外层混凝土开裂且剥落明显,但内部钢管混凝土跨中冲击部位钢管无局部屈曲;两端固定时的抗冲击性能较两端简支时增强;而轴力对其动力响应影响不显著。     

冲击作用下型钢混凝土柱动力响应分析

为研究型钢混凝土柱在冲击作用下的动力响应,基于有限元软件LS-DYNA建立了型钢混凝土柱的数值模型,对型钢混凝土柱的损伤演化过程进行研究,针对冲击位置的时程曲线分析其动力响应,并通过参数分析研究了柱身动力响应对不同参数的敏感性。研究结果表明,在冲击作用下型钢混凝土柱的破坏模式为局部剪切型;混凝土的塑性破坏主要发生在冲击位置斜向下45°至柱底;由于冲击体在撞击过程中发生回弹,型钢混凝土柱在整个撞击过程可分为受迫振动阶段和自由振动阶段。     

侧向冲击下不同长细比薄壁方钢管-砂卵石柱动力响应分析

以长细比为变量开展了薄壁方钢管-砂卵石柱侧向冲击试验,分析了冲击力时程曲线、试件的破坏形态以及残余变形量,并结合损伤评估准则分析了长细比与柱损伤度的关系.结果表明:在侧向冲击荷载作用下,各试件的波动段平台值和作用时间有显著的差异,长细比越大,平台值越小,作用时间越长;在竖向荷载作用下,试件损伤度随着长细比增大而呈现先增...     

侧向冲击作用下钢管混凝土柱动力响应 试验研究及计算方法

为了揭示钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的破坏机理,完成了7个钢管混凝土柱和1个部分填充钢管混凝土柱以及1个空钢管柱的水平横向冲击试验,考虑了冲击速度、冲击质量、冲击能量以及柱端约束等关键因素对钢管混凝土柱侧向冲击动力响应的影响。结果表明：与空钢管柱比较,钢管混凝土柱和部分填充钢管混凝土柱在侧向冲击荷载下的抗冲击承载力、抗变形能力提高显著;一端固支一端简支的钢管混凝土柱易发生受剪破坏,而悬臂柱则发生根部弯曲破坏;钢管混凝土柱的冲击力和残余位移均随着冲击速度、冲击能量的增大而显著增大。结合现行钢管混凝土结构设计规范,通过引入动力放大系数R和能量吸收比k提出了钢管混凝土结构柱抗冲击承载力计算方法,并明确了系数R与k的取值方法。     

侧向冲击下实心夹层钢管混凝土柱力学性能研究

利用有限元软件ABAQUS建立中空夹层钢管混凝土柱抗冲击有限元模型,考虑钢材和混凝土应变率效应,并分析轴力和冲击共同作用下其抗冲击性能。研究表明,该有限元模型结果与现有试验结果拟合较好。依据此模型建立方法研究了落锤侧向冲击实心夹层钢管混凝土柱的力学性能,并探讨了钢材屈服强度、混凝土强度等级、钢材应变率效应以及混凝土应变率效应对实心夹层钢管混凝柱抗冲击性能影响。分析结果表明:钢材屈服强度、钢材和混凝土应变率效应都会影响实心夹层钢管混凝土柱的抗冲击力学性能。而混凝土强度等级对于实心夹层钢管混凝土柱的抗冲击力学性能的影响并不明显。     

侧向冲击下固简支钢管混凝土构件的数值模拟

在实验的基础上，运用有限元分析软件ANSYS／IS～DYNA，对一端固支一端简支的圆钢管混凝土在侧向冲击荷载作用下进行数值模拟，主要研究了钢管混凝土的整体变形情况。     

钢管混凝土梁在侧向冲击荷载作用下动力响应的试验研究和数值模拟

钢管混凝土构件和其他材料的结构构件一样,在役期间不可避免地要受到意外撞击,为了了解其破坏过程进而为结构设计提供理论依据,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不同侧向冲击能作用下的动力响应进行试验研究和仿真分析。动载试验在DHR-9401落锤式冲击实验机上进行,试验过程中通过力传感器和应变片记录冲击力时程曲线和试件特定位置的应变时程曲线,试验结束后测量试件整个跨度范围内的侧向位移,获得试件残余变形模态。利用ANSYS/LS-DYNA软件,采用PLASTIC-KINEMATIC和SOIL-CONCRETE材料模型分别模拟钢管和其核心混凝土材料,对试验过程进行数值模拟,得到的跨中挠度和冲击力时程曲线与试验结果非常一致,进而对试件的应变变化情况进行深入的研究,给出钢管混凝土试件的临界破坏状态。研究结果表明,套箍系数是影响构件临界破坏能量的一个最重要的因素,临界破坏能是套箍系数的二次函数。     

侧向冲击对钢管混凝土受压承载力影响研究

为研究侧向冲击作用对钢管混凝土结构性能的影响,首先基于ABAQUS的非线性有限元静态、动态计算方法,采用实体、壳体单元对钢管混凝土结构受压承载力及受侧向撞击后的变形进行了数值模拟,数值模拟结果与已有试验结果吻合较好。同时为了验证准静态计算方法的有效性,采用静态、准静态计算对受撞击前钢管混凝土结构的受压承载力进行了模拟,模拟结果同样吻合良好,且准静态计算降低了分析难度。最后用准静态计算方法给出了构件受撞击后剩余受压承载力的拟合计算公式。结果表明:撞击速度越大,构件局部变形越大,屈服荷载越低;约束效应系数为影响钢管混凝土构件抗冲击性能的重要因素;拟合计算公式具有一定的参考价值。     

钢管混凝土短柱在轴向冲击荷载下的动力分析

通过有限元计算软件,分析了在冲击荷载作用下钢材强度、混凝土强度以及含钢率对钢管混凝土短柱承载力强度的影响,对沿试件长度方向试件的径向位移进行了分析,并对试件进行了变质量分析,得出钢管混凝土试件在材料、尺寸确定的情况下承受轴向荷载时,位移主要由冲击能量决定。     

劲性骨架钢管混凝土拱桥动力响应分析

以州河大桥为背景,对劲性骨架钢管混凝土拱桥在汽车荷载作用下的动力响应作了较为深入的研究,为今后劲性骨架钢管混凝土拱桥的设计提供了一定的理论依据。     

型钢混凝土框架侧向撞击下的响应分析

采用数值模拟手段,从撞击力、撞击位移、塑性变形、能量状态角度,分析了撞击位置、撞击速度对型钢混凝土框架动力性能的影响。结果发现:撞击位置、撞击速度对撞击力影响明显;不同撞击位置下框架的塑性变形存在差异,且塑性变形随着撞击速度的增大而加剧;受撞位置是塑性耗能的主要位置,节点位置的塑性耗能水平与撞击速度的变化关系不大。     

简支钢管混凝土构件侧向冲击挠度的数值模拟

介绍了用LS-DYNA3D显式有限元程序，通过建立简支钢管混凝土模型，分析研究了钢管混凝土构件受到侧向冲击物冲击时，钢管混凝土侧向变形的影响因素及其变化规律。     

冲击荷载下钢管混凝土桩林动力性能试验研究

为有效地抵抗泥石流大块石冲击,提出了一种钢管混凝土桩林拦挡坝。为了研究该结构在冲击荷载作用下的动力性能,对其进行了考虑多工况的冲击荷载作用的试验研究。通过分析结构的应变、位移和加速度,总结了结构的响应模式,并与数值模拟进行对比。结果表明,结构的典型响应模式可以概括为以下几种:构件轻微损伤、构件局部破坏、连接节点破坏;随着冲击能量和冲击高度的增加,结构的应变和位移均增大;结构的加速度随冲击高度的增加而增大,而随冲击物质量的增加而减小;整个冲击过程从冲击区响应至整体结构响应耗时很短,约为0.6ms;桩管受冲击时结构能发挥良好的整体耗能作用,而撑管受冲击时整体结构耗能作用不明显;试验结果与数值模拟吻合较好;钢管混凝土桩林具有良好的抗冲击性能。     

大跨度钢管混凝土拱桥的动力冲击系数分析

在桥梁设计中,考虑车桥耦合振动的影响,精确确定结构受到的冲击效应是非常必要的。以茅草街钢管混凝土拱桥和常见的三轴货车为例,分别利用有限元法和动力平衡原理建立了结构分析模型和车辆的多刚体动力学模型。考虑桥面不平顺的影响,利用车桥系统的协调条件,用Newmark-β法求解振动微分方程,计算桥梁结构动力响应,分析桥梁冲击系数。结果表明:考虑车桥耦合振动的影响,冲击系数通常大于按规范计算的结果;冲击系数随路面不平度的增加而快速增大;车速对冲击系数的影响具有一定的随机性,通常存在某一车速使冲击效应最明显;吊杆截面面积的增加使冲击系数大致呈减小趋势,但具有不确定性。     

侧向冲击后钢管混凝土柱剩余轴压承载力研究

为研究钢管混凝土柱受侧向冲击后的剩余承载力,进行了冲击后钢管混凝土柱的轴压试验,运用ABAQUS有限元软件对冲击后钢管混凝土柱轴压试验进行了数值模拟,并验证了有限元模型的合理性。分析轴压过程中典型钢管混凝土柱的受力性能,研究混凝土强度等级、冲击质量、冲击高度、钢管强度等级、冲击位置、边界条件和长径比对受冲击后钢管混凝土柱剩余承载力的影响。结果表明：混凝土强度等级对剩余承载力影响较小,当从C50增大C65时,剩余承载力仅提高了1.44%;当冲击质量从330 kg增大到630 kg时,剩余承载力减小了10.64%;冲击高度由4 m增大到7 m时,剩余承载力减小了10.15%;采用Q420钢材的钢管混凝土柱的剩余承载力比采用Q235钢材的钢管混凝土柱的相应值提高了39.54%;冲击位置越靠近跨中,剩余承载力越小;随着边界条件的自由度增加,剩余承载力减小。给出了冲击后钢管混凝土柱的剩余承载力公式。     

侧向循环荷载下钢管混凝土柱的性能

给出准静态荷载作用下钢管混凝土柱累积损伤性能研究的试验结果。研究参数有:钢管的径厚比、2种类型的填充物(素混凝土和钢纤维混凝土)。试验第1阶段采用一系列基准试验来确定变幅循环荷载作用下钢管柱的滞后性能,试验第2阶段主要研究恒幅循环荷载作用下荷载大小和循环次数对钢管柱累积损伤的影响,并对试验结果进行了总结。研究表明,钢纤维混凝土填充的钢管混凝土柱与素混凝土填充的钢管混凝土柱相比,其延性和能量吸收能力显著增加,损伤指数降低。给出预测填充柱累积损伤指数的简单公式,该指数可以对新的和已有的填充柱进行地震安全评估。     

圆钢管混凝土柱侧向偏心冲击的动力仿真分析

通过对不同钢壁厚度的钢管混凝土构件以及对同直径混凝土构件的冲击模拟,分析了钢管约束效应系数对构件变形和冲击抗力的影响,比较了钢管混凝土与混凝土两种材料构件在抗冲击能力方面的差异,表明有限元分析软件在模拟复杂问题尤其是对钢管混凝土这种不易看到内部破坏过程材料的模拟方面具有极大的优越性。     

侧向低速冲击作用下钢管混凝土构件开裂评估模型及影响因素研究

基于落锤冲击试验研究了钢管混凝土构件发生变形、开裂及断裂的受力机理,试验表明,构件在开裂前存在明显的局部响应过程,在冲击位置及支座截面发生局部凹陷和屈曲,临界开裂能量主要由整体变形耗能和局部耗能所决定。结合数值模拟得到了基于冲击质量和冲击速度的开裂评估曲线,从能量角度建立了可以考虑构件局部耗能的开裂评估模型,并研究了冲击位置、混凝土强度、钢管强度、含钢率对开裂评估模型的影响。结果表明：使构件处于临界开裂状态的冲击能量并非一个定值,在冲击速度大、质量小时,构件的局部响应更加明显且局部耗能更多,因此临界开裂能量变大;随着冲击质量增大,开裂评估模型逐渐收敛于水平渐近线,即最小临界开裂能量,根据冲击能量与开裂评估模型的关系可以判断构件的局部损伤及开裂状态;改变冲击位置对构件开裂评估模型的影响较大,增大钢管强度及含钢率可以有效提高构件抵御冲击开裂的性能,但提高混凝土强度对构件开裂状态的影响不明显。     

冲击作用下隔震结构动力响应分析与安全控制

基于实际工程案例,将爆炸冲击荷载简化为三角形冲击荷载,采用有限元将其施加到某医院隔震门诊楼框架结构底部,分析爆炸冲击荷载作用下产生的冲击力,以及由此引起结构的动态变形和内部应力变化历程、结构的动力响应。结果表明:由于结构自身的独特性,爆炸冲击荷载作用下结构各工况相应指标及规律有很大区别,同时选择合适的减隔震方法及恰当的控制参数,能有效地控制结构在爆炸冲击荷载作用下的加速度反应,对于结构减振有积极意义,为隔震结构设计、维护和安全服役等提供了理论支持。