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。     

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。     

钢管混凝土结构构件在轴向冲击下的变形研究

通过对不同含钢率的钢管混凝土短柱进行冲击试验,研究其在冲击荷载作用下试件轴向、径向变形与冲击能量的关系,从而更好的了解了钢管混凝土的结构性能,保证工程构件的安全。     

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。     

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。     

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。     

钢管混凝土构件在冲击荷载作用下的模拟分析

运用LS-DYNA显示有限元程序,分析了钢管混凝土构件受到侧向冲击物冲击时,钢管混凝土的挠度与冲击部位、冲击能量、含钢率、混凝土等级之间的关系,建立了挠度和冲击能量之间的关系式以及冲击部位不同时挠度之间的关系.     

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。     

侧向冲击作用下圆钢管混凝土构件的数值模拟分析

首先利用LS—DYNA程序对一圆钢管混凝土构件落锤冲击试验进行数值模拟;然后对1根两端固支的钢管混凝土构件在侧向冲击作用下的动力响应进行分析,模拟过程中混凝土采用能较好模拟复杂试验结果的CONCRETE_DAMAGE_REL3模型,钢管采用随动硬化模型,同时通过共用节点方法模拟钢管和混凝土之间的相互作用,通过面面接触方式模拟冲击体与构件之间的接触作用;最后对两端固支的钢管混凝土构件在不同条件下的动力响应进行比较和分析,得到了冲击体动能、冲量对构件变形、支座和跨中内力的影响。结果表明：试验结果与数值模拟结果符合较好,采用该数值模拟方法可以很好地模拟圆钢管混凝土构件在侧向冲击荷载作用下的动力响应。     

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。     

圆钢管轻集料混凝土构件抗弯性能的试验研究

进行了21根钢管轻集料混凝土以及8根空钢管的纯弯试验。通过对试件在加载过程中的挠度及表面应变的测试分析,研究钢管轻集料混凝土构件在弯矩作用下的宏观变形特征、弯矩-曲率关系和破坏模式,分析了轻集料混凝土强度、含钢率、剪跨比等主要参数对构件抗弯性能的影响。试验研究结果表明,钢管轻集料混凝土构件在纯弯矩的作用下,其宏观变形特征和破坏形态与钢管普通混凝土构件相似;内填的轻集料混凝土可以大大延缓或避免钢管局部屈曲的发生,钢管轻集料混凝土的极限抗弯承载力较空钢管提高了20%～30%,抗弯刚度也有所提高;在钢管和轻集料混凝土相互作用下,钢管轻集料混凝土受弯试件具有较高的抗弯承载力和良好的延性性能;含钢率是影响钢管轻集料混凝土抗弯承载力和初始抗弯刚度的主要因素,含钢率越大,初始刚度越大和构件极限抗弯承载力也越大;而内填混凝土强度和剪跨比对构件抗弯承载力的影响较小;与钢管普通混凝土研究结果的对比分析表明,在相同条件下,钢管轻集料混凝土与钢管普通混凝土的极限抗弯承载力大致相当。     

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。     

钢管混凝土轴心受压短柱可靠度分析

基于随机有限元的可靠度研究方法对钢管混凝土轴心受压短构件进行了可靠度分析,分析结果表明：在各随机变量中,材料弹性模量对钢管混凝土轴心受压短柱可靠度指标影响最大,几何尺寸随机变量次之。     

#br# 偏压荷载下钢管混凝土柱的抗扭性能试验研究

自重和水平地震作用将对曲线梁桥中墩梁固结的墩柱和拱桥钢管混凝土结构的主拱产生偏压和扭转复合效应。为研究钢管混凝土柱在偏压荷载作用下的抗扭性能,完成了8个不同截面形状钢管混凝土柱试件单调纯扭加载、往复纯扭加载和偏压-往复扭转加载拟静力试验。试验结果表明：钢管混凝土柱在往复扭转作用下的滞回曲线较为饱满,没有“捏拢”现象产生,试件的强度和刚度的损伤退化程度较低,具有较好的耗能能力。矮柱试件破坏现象较高柱试件更为明显,矮柱试件的屈服转角小于高柱,屈服扭矩与高柱相差不大,极限承载力大于高柱,极限转角小于高柱,耗能能力比高柱更好。偏压-往复扭转荷载作用下的方形截面试件刚度退化较为明显,偏压作用导致方钢管混凝土柱试件耗能能力降低。极限状态下,偏压作用改变了钢管的褶皱角度。     

轴向冲击荷载作用下钢管混凝土短柱有限元分析

利用ANSYS-DYNA进行了钢管混凝土短柱抗冲击性能有限元分析研究,通过分析应力、应变时程曲线,获得对其抗动力冲击性能的了解。构件受力时,外围钢管的应力远远大于内部混凝土的应力;试件应力、应变时程曲线表现出典型弹塑性材料的性质,数值增加到最大值后递减,最终形成残余应力、应变。结果表明,钢管混凝土具有良好的抗冲击力学性能,即具有较高的强度和屈服后承载能力,以及良好的塑性变形能力。     

配筋圆钢管自密实混凝土柱抗震性能试验研究

通过7根配筋圆钢管自密实混凝土柱和1根圆钢管自密实混凝土对比柱的低周反复荷载试验,研究了纵筋配筋率、轴压比和钢管壁厚对配筋圆钢管自密实混凝土柱的承载力、延性、耗能能力和性能退化规律的影响。试验结果表明:配筋圆钢管自密实混凝土试件的滞回曲线饱满,表现出良好的抗震性能,在加载中后期,配筋试件的纵筋屈服,强度得到发挥,配筋圆钢管自密实混凝土试件的承载力和延性较普通圆钢管自密实混凝土试件均有不同程度提高,同时,耗能性能提高,且纵筋配筋率越大,配筋圆钢管自密实混凝土试件的承载力和延性也越大。轴压比和钢管壁厚对配筋圆钢管自密实混凝土柱抗震性能的影响规律与普通圆钢管混凝土柱相同。     

撞击荷载下带吸能装置的钢筋混凝土桥墩动力响应研究

对带吸能装置的钢筋混凝土桥墩进行了落锤撞击荷载动力响应分析。根据伯努利-欧拉理论求解其振型,利用拉格朗日方程和落锤运动方程推导其弹性阶段的动力响应和吸能装置的位移时程表达式,从而求得桥墩的动内力。然后,将计算结果与承受轴力的侧向落锤撞击荷载试验结果进行对比,两者符合较好。这表明,本算法用来求解撞击荷载作用下带吸能装置的钢筋混凝土桥墩其弹性阶段的动力响应是可行的,因而具有一定工程应用价值。