Experimental study on dynamic response of box concrete-encased CFST columns under lateral impact

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。     

圆形钢管混凝土叠合构件抗冲击性能试验研究

开展了钢管混凝土叠合试件落锤冲击系列试验,研究了横向落锤冲击荷载下圆形钢管混凝土叠合试件的破 坏模态、整体变形和局部变形特点,将钢管混凝土叠合试件与钢管混凝土试件、钢筋混凝土试件在横向冲击荷载 下的破坏模态进行对比。分析了冲击力、轴力和跨中挠度时程曲线的特征,研究了冲击能量、轴力和钢管厚度等 参数对圆形钢管混凝土叠合试件在横向冲击荷载作用下力学性能的影响规律。研究结果表明,管外钢筋混凝土部 件与核心钢管混凝土部件能够协调互补、共同工作,叠合试件表现出良好的抗冲击性能。在该试验的参数范围内 ,随着冲击能量的增加,冲击力峰值、跨中挠度峰值、冲击持续时间增加;预加轴压力试件的冲击力峰值较大、 冲击力平台值较小;钢管厚度较大试件的冲击力峰值和冲击力平台值较大,跨中挠度峰值较小、冲击持续时间较 短。     

圆钢管混凝土柱抗冲击性能试验与有限元分析

为研究钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的受力性能,通过对圆钢管混凝土柱进行横向落锤冲击试验,获得柱在冲击荷载作用下的破坏形态、整体变形和应变分布规律,分析了冲击力和试件跨中挠度时程曲线的特征;并通过有限元分析,研究了钢材和混凝土强度等参数对圆钢管混凝土柱力学性能的影响。研究结果表明:在试验参数范围内,随着冲击能量的增加,试件冲击力峰值、跨中挠度峰值、冲击持续时间增加;含钢率较大试件的冲击力峰值和冲击力平台值较大,跨中挠度峰值较小、冲击持续时间较短;钢材屈服强度对试件抗冲击性能的影响较大,而混凝土抗压强度对试件抗冲击性能的影响则相对较小。     

Experiment and FEA of impact resistance of CFST columns with circular cross-section

为研究钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的受力性能,通过对圆钢管混凝土柱进行横向落锤冲击试验,获得柱在冲击荷载作用下的破坏形态、整体变形和应变分布规律,分析了冲击力和试件跨中挠度时程曲线的特征;并通过有限元分析,研究了钢材和混凝土强度等参数对圆钢管混凝土柱力学性能的影响。研究结果表明：在试验参数范围内,随着冲击能量的增加,试件冲击力峰值、跨中挠度峰值、冲击持续时间增加;含钢率较大试件的冲击力峰值和冲击力平台值较大,跨中挠度峰值较小、冲击持续时间较短;钢材屈服强度对试件抗冲击性能的影响较大,而混凝土抗压强度对试件抗冲击性能的影响则相对较小。     

水平冲击荷载作用下钢管混凝土柱动力响应试验与数值模拟

为研究钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的动力性能,进行了2根圆形钢管混凝土柱的水平冲击试验,实测了冲击过程中冲击力、冲击点位移时程曲线及冲击力-位移曲线等冲击响应。建立了ABAQUS非线性有限元模型,对破坏模态及冲击力、冲击点位移时程曲线等动态响应进行模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,进而用有限元模拟结果揭示了钢管混凝土柱在冲击荷载下的破坏机理,即整体失效过程分为冲击区局部响应、柱顶支座响应、稳定响应和卸载响应4个阶段。结果表明:在冲击荷载作用下,钢管混凝土柱发生弯剪型破坏;所得结论为深入认识钢管混凝土柱的抗冲击行为和破坏形态提供了试验与理论基础,可为今后研究制定合理的抗冲击设计方法提供依据。     

侧向冲击作用下圆钢管-钢骨混凝土柱抗冲击性能研究

为研究钢管-钢骨混凝土柱的抗冲击性能,利用非线性有限元软件ABAQUS建立了圆钢管-钢骨混凝土柱数值模型。并与已有冲击试验进行对比验证,以保证建模方法的正确性。基于验证后的建模方法研究了侧向冲击作用下圆钢管-钢骨混凝土柱的抗冲击性能,重点分析了冲击质量、冲击速度、钢管壁厚、轴压比和长细比对圆钢管-钢骨混凝土柱抗冲击性能的影响,并对比分析了不同截面形式复合柱的抗冲击性能。结果表明：随着冲击质量和冲击速度的增大,冲击力峰值、冲击力平台值、跨中挠度及冲击力持续时间增长;合理增加钢管壁厚和内插钢骨可以明显改善柱的抗冲击性能;在用钢量和混凝土用量相同时,圆钢管混凝土柱抗冲击性能最优,圆钢管-钢骨混凝土柱次之,方钢管-钢骨混凝土柱较差。     

Mechanical behaviors of T-shaped concrete-filled steel tubular columns under axial impact

为研究T形截面钢管混凝土短柱在轴向冲击荷载作用下的承载力,以及钢管内混凝土应力分布特点,将PVDF压电薄膜制作成一种可植入式压电应力传感器埋置在钢管内混凝土中,对T形截面钢管混凝土短柱进行轴向落锤冲击试验。通过PVDF电压应力传感器监测数据的转换获得钢管内混凝土应力变化规律,同时获得不同冲击高度下T形截面钢管混凝土短柱的冲击力时程曲线和抗冲击承载力。试验结果表明：T形截面钢管混凝土短柱具有较好的抗冲击性能,壁厚大的钢管混凝土柱其冲击力峰值较大,竖向变形较小、冲击持续时间较短,增加钢管壁厚可提高对混凝土的约束作用,增强钢管混凝土柱的抗冲击承载能力。     

轴向冲击荷载下T形截面钢管混凝土柱受力性能研究

为研究T形截面钢管混凝土短柱在轴向冲击荷载作用下的承载力,以及钢管内混凝土应力分布特点,将PVDF压电薄膜制作成一种可植入式压电应力传感器埋置在钢管内混凝土中,对T形截面钢管混凝土短柱进行轴向落锤冲击试验。通过PVDF电压应力传感器监测数据的转换获得钢管内混凝土应力变化规律,同时获得不同冲击高度下T形截面钢管混凝土短柱的冲击力时程曲线和抗冲击承载力。试验结果表明:T形截面钢管混凝土短柱具有较好的抗冲击性能,壁厚大的钢管混凝土柱其冲击力峰值较大,竖向变形较小、冲击持续时间较短,增加钢管壁厚可提高对混凝土的约束作用,增强钢管混凝土柱的抗冲击承载能力。     

配筋方式对全轻钢纤维混凝土梁抗冲击性能影响

梁在遭受强冲击荷载时,对建筑物间接或直接造成损伤,对人民的生命和财产安全带来严峻挑战,因此研究梁的抗冲击性能具有重要的现实意义。本文通过落锤冲击试验,评估了冲击荷载下受压钢筋配置方式对掺钢纤维下的全轻混凝土梁的抗冲击力学性能影响,并对3根全轻混凝土梁在冲击荷载下的裂缝形态、破坏现象、冲击力时程和跨中位移时程展开分析。得到了以下结论：冲击荷载下梁均发生剪切破坏,裂缝在跨中局部区域集中产生;掺加钢纤维和增大受压区钢筋配置均能提高梁的抗冲击力学性能;钢纤维能减轻梁的内部损伤,使梁保留更多刚度;增大受压区钢筋配置能极大限制梁挠度变形,降低梁的跨中位移。本研究可为全轻混凝土梁的抗冲击性能研究提供参考。     

钢管混凝土箱形叠合柱抗震性能试验研究

为研究钢管混凝土箱形叠合柱(简称CFST箱形叠合柱)的抗震性能,以面内柱肢间距和轴压比为参数,进行了5个CFST箱形叠合柱试件和1个CFST格构柱试件的拟静力试验.研究结果表明:水平低周反复荷载作用下,CFST箱形叠合柱的荷载-位移滞回曲线呈捏拢状,主要破坏形式表现为面外方向外包混凝土的水平裂缝、面内方向腹板的斜向裂缝...     

偏心距对钢管混凝土叠合柱压弯性能的影响

通过设计制作7个钢管混凝土叠合柱试件,进行偏心受压试验,研究钢管混凝土试件从加载到破坏的全过程,考察试件破坏形态,实测各试件的极限承载力和荷载-纵向位移曲线,分析了偏心距对钢管混凝土叠合柱压弯性能的影响。试验结果表明,偏心距越大,钢管混凝土叠合柱的极限承载力越低;根据试件的破坏形态,钢管混凝土叠合柱表现为大偏心受压和小偏心受压两种不同的破坏形态。     

偏心距对钢管混凝土叠合柱压弯性能的影响

通过设计制作7个钢管混凝土叠合柱试件,进行偏心受压试验,研究钢管混凝土试件从加载到破坏的全过程,考察试件破坏形态,实测各试件的极限承载力和荷载-纵向位移曲线,分析了偏心距对钢管混凝土叠合柱压弯性能的影响.试验结果表明,偏心距越大,钢管混凝土叠合柱的极限承载力越低;根据试件的破坏形态,钢管混凝土叠合柱表现为大偏心受压和小...     

标准火灾作用下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ISO-834标准火灾作用下钢管混凝土短柱抗冲击性能试验研究,考察受火时间、冲击速度、冲击能量和含钢率对其抗冲击性能的影响。试验量测钢管表面温度、冲击力与压缩变形时程曲线。试验结果表明,受火时间、冲击速度、冲击能量和含钢率均对高温下钢管混凝土的动态力学性能有影响;受火时间对冲击极限承载力和残余变形的影响最为显著,其余参数对冲击承载力影响不大,而试件的残余变形随着受火时间和冲击能量的增大而增大,随着含钢率的增大而减小。常温和火灾下钢管混凝土在冲击荷载作用下产生显著的压缩变形,遭受不同程度的破坏,但仍能够保持很好的截面完整性,说明钢管混凝土在火灾(高温)下具有良好的抗冲击能力,适用于有火灾(高温)抗冲击、抗倒塌设计需求的结构。     

中空夹层钢管混凝土试件抗冲击试验研究及有限元分析

为研究中空夹层钢管混凝土试件的抗冲击性能,利用DHR-9401式落锤试验机对6根中空夹层钢管混凝土和2根双层空钢管试件进行抗冲击试验研究。通过冲击力传感器、高速摄影仪和动态应变仪记录不同冲击能量下中空夹层钢管混凝土的冲击力、跨中挠度和特定点的应变,并对比中空夹层钢管混凝土直管、锥管、双层空直管和双层空锥管试件的抗冲击性能。最后基于非线性有限元软件ABAQUS对试验进行模拟。研究结果表明:中空夹层钢管混凝土试件的抗冲击性能明显优于双层空钢管试件的抗冲击性能;中空夹层钢管混凝土直管试件的抗冲击性能优于锥管试件;随着冲击能量的增加,试件的变形随之增大;模拟结果与试验结果吻合较好。     

钢管混凝土在两次侧向冲击下的动力响应分析

利用落锤冲击试验研究了钢管混凝土组合结构在两次侧向冲击作用下的抗冲击性能,分析了该组合结构在侧向冲击下的变形机理,并获取了钢管混凝土试件在每次冲击过程中的冲击力时程曲线以及每次冲击后的跨中整体弯曲变形和凹陷变形数据。试验结果表明:钢管及其壁厚对钢管混凝土结构的抗冲击能力和整体弯曲变形的大小有显著影响;混凝土有效限制了结构的凹陷变形。通过无量纲量吸能系数,能够量化衡量钢管混凝土结构在每次冲击作用下的吸能能力。相比于的空钢管,钢-混凝土组合作用使得钢管混凝土结构在两次冲击荷载作用下显示了良好的抗冲击性能,即具有更小的整体弯曲和凹陷变形,以及很高的吸能能力。     

中空夹层金属管混凝土构件抗冲击有限元分析

以外管分别为Q345钢、奥氏体304级不锈钢和T6061铝合金材质的圆中空夹层金属管混凝土构件为主要研究对象,借助有限元软件ABAQUS,模拟该类构件受到低速横向冲击的动态响应,讨论材料对抗冲击性能的影响。同时与另一种截面形式的钢管混凝土-空管构件的力学性能进行对比,计算提取了冲击力时程曲线、跨中变形时程曲线。分析结果表明:在管中填充混凝土可以有效地改变结构的破坏形态,减小结构局部变形,以整体弯曲变形为主,增强结构的抗冲击能力;从铝合金、Q345钢到不锈钢材料,抗冲击能力依次增强,同时随着冲击能量的依次增加,不锈钢材料最终的抗冲击性能也远优于其他材料。     

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。     

圆形截面钢筋混凝土悬臂柱抗冲击性能试验研究

为了研究冲击作用下的钢筋混凝土悬臂柱的抗冲击性能,采用大型水平撞击试验设备对4根圆形截面钢筋混凝土圆柱进行了试验研究,分析了不同冲击速度和柱配箍率对混凝土柱抗冲击性能的影响。采用高速摄像机记录了各个试件在冲击作用下的裂缝及变形的发展过程,得到了相关的冲击力时程曲线、柱变形分布图、试件裂缝及变形的发展过程和试件最终的破坏形态等试验结果。通过对以上试验结果的分析,发现增加混凝土柱的配箍率可以明显减少在高速冲击作用下的变形和减轻冲击后的损伤状态。     

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。     

预应力高强混凝土管桩抗侧向冲击性能研究

为研究水平荷载作用下预应力高强混凝土管桩的动力响应和破坏模式,采用超高落锤冲击试验装置对4根预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)进行冲击试验并使用ABAQUS进行数值模拟,测得不同冲击高度下落锤的冲击速度、冲击力时程曲线及试件冲击区侧面处位移时程曲线,并获取试件的破坏形态。结果表明：该模型能较好地模拟PHC管桩动力响应及破坏形态。基于该模型的可靠性,在PHC管桩内填充C30混凝土并配置钢筋进行冲击模拟。研究表明：PHC管桩在低速冲击作用下具有较好的弹性恢复能力;当PHC管桩局部受到2次大于15km/h的冲击荷载时,将在冲击区发生局部冲切破坏;当PHC管桩受到2次累计冲击荷载时,第2次撞击较首次抗冲击性能减弱;灌芯后的PHC管桩抗冲击性能较PHC管桩增强。