H型钢柱在侧向偏心撞击下的动力响应及其剩余承载力的研究

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H型钢柱被广泛地应用于框排架、门式刚架等结构中,由于此类构件所处环境的复杂性,易遭遇侧向冲击荷载作用。由于H型钢柱自重轻,截面开展,一旦遭受冲击,极有可能造成生命与财产损失。因此,对其受到侧向冲击作用时动力响应与受冲击后竖向剩余承载力的研究显得十分重要。
  以1.5m高HW100×100×6×8热轧H型钢柱为研究对象,采用ABAQUS有限元软件,对热轧H型钢柱在侧向冲击作用下的动力响应与竖向剩余承载力进行了有限元分析。首先,通过对已有的H型钢柱侧向冲击试验与冲击后的静载试验进行对比,验证模型的可靠性。进而采用此模型研究约束条件、冲击能量、初始缺陷等参数对H型钢柱在侧向偏心冲击下动力响应的影响。有限元分析中记录了冲击力时程曲线,并且获得试件的破坏形态和残余变形量。结果表明:约束条件对试件的冲击力时程曲线有较大影响;随着冲击能量的提高,冲击力峰值、冲击力平台值、冲击力持时增加,并且造成更大的残余变形;以相邻的局部屈曲变形或较小的整体变形为初始缺陷时,初始缺陷对试件在侧向偏心冲击下的冲击力时程曲线无明显的影响。
  对上述因侧向冲击而受损的H型钢柱试件与无损伤的对比试件进行竖向剩余承载力的有限元分析,研究变形损伤程度、局部变形损伤数量等参数与试件竖向剩余承载力的关系。有限元分析中记录了试件的荷载-位移关系曲线与名义应力-应变关系曲线,并且得到了试件的破坏形态与竖向剩余承载力。结果表明:在轴压作用下,具有一处局部变形损伤的试件在局部变形处、具有多处相同局部变形损伤的试件在距约束端最远处的局部变形为明显的薄弱部位;对于仅具有局部变形损伤的试件,当明显薄弱部位的位置与明显薄弱部位的局部变形损伤程度不变时,各试件在轴压作用下具有基本相同的破坏形态与竖向剩余承载力;试件的竖向剩余承载力随着整体或局部变形损伤程度的增加而下降,而局部变形损伤数量与竖向剩余承载力无明显关系。
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