【摘 要】
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随着近年来意外撞击和恐怖袭击事件的频发,防护结构成为了公众关注的热点,对防护结构的抗冲击性能也提出了更高的要求。防护结构中的双钢板-混凝土组合结构因其优越的抗冲击性能成为了研究的热点之一。为此,本文提出了一种新型套管吸能层-加劲肋双钢板混凝土组合板。通过试验和数值模拟,研究了不同新型套管吸能构件在静力和冲击荷载下的耗能性能,进一步通过试验、理论分析和数值模拟对提出的加劲肋双钢板混凝土组合梁和组合板
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随着近年来意外撞击和恐怖袭击事件的频发,防护结构成为了公众关注的热点,对防护结构的抗冲击性能也提出了更高的要求。防护结构中的双钢板-混凝土组合结构因其优越的抗冲击性能成为了研究的热点之一。为此,本文提出了一种新型套管吸能层-加劲肋双钢板混凝土组合板。通过试验和数值模拟,研究了不同新型套管吸能构件在静力和冲击荷载下的耗能性能,进一步通过试验、理论分析和数值模拟对提出的加劲肋双钢板混凝土组合梁和组合板的抗冲击性能进行研究,最后通过数值模拟对二者协同工作下的套管吸能层-加劲肋双钢板混凝土组合板进行抗冲击性能研究,具体研究内容如下:(1)设计制作了3组不同参数的新型套管吸能构件用于静力荷载下的吸能性能研究。为降低峰值力和获得圆管稳定的变形模式,分别设置了中部三角管的形状和两侧圆管的厚度两个变量。通过MTS静力加载和LS-DYNA有限元模型验证,研究其变形模式,力-位移关系和吸能指标。结果表明:圆管同厚度且三角管同角度的新型套管吸能构件具有最优异的几何形状和吸能性能。同时设置了5组不同泡沫铝填充方式的新型套管吸能构件,通过落锤冲击试验和有限元的模拟验证,对试件的变形模式、力-位移关系和吸能性能进行研究,发现全填充泡沫铝的套管吸能构件有更好的吸能性能。(2)提出了一种带加劲肋的双钢板混凝土组合梁,在受拉区设置加劲肋以提高组合梁的抗弯性能,从而提高其抗冲击性能。试验研究参数包括:上、下钢板的厚度,混凝土层的厚度、冲击高度和加劲肋的有无。通过落锤冲击试验、有限元模拟和理论分析研究带加劲肋双钢板混凝土组合梁的变形模式,破坏机理,动态响应特征和理论分析模型。发现了组合梁的弯曲破坏模式和单侧滑移特征。验证了加劲肋的存在可以有效提高结构的抗冲击性能,同时提出了加劲肋双钢板混凝土梁的承载力计算公式和位移时程响应理论计算模型。对比试验有限元结果能够较好的相符,证明了模型的合理性。(3)在组合梁的基础上,进一步对带加劲肋的双钢板混凝土组合板的开展研究,研究了上下钢板厚度、混凝土层厚度,有无加劲肋和冲击高度对组合板抗冲击性能的影响。通过落锤冲击试验和有限元模拟验证的方式,研究组合板的变形模式、破坏机理和动态响应特征。发现了其整体弯曲的破坏特征,试验中未发现上、下钢板的粘结滑移,证明了加劲肋和栓钉相互连接下结构的完整性。通过有限元模型进一步对加劲肋双钢板混凝土组合板在冲击速度、锤头质量、初始动能、初始动量等参数影响下的动力响应进行了参数分析。最后对混凝土的损伤机理进行了探究,验证了组合板良好的抗冲击性能。(4)最后通过LS-DYNA对套管吸能构件和加劲肋双钢板混凝土组合板协同工作下的新型组合构件—套管吸能层-加劲肋双钢板混凝土组合板的抗冲击性能进行了研究。考察了上钢板厚度、三角管厚度、圆管厚度以及有无三角管和吸能层对新型组合构件抗冲击性能的影响,研究其在半球形锤头的局部冲击荷载下的变形模式,破坏机理和动态响应特征。研究验证了吸能层和三角管对组合板抗冲击性能的提高,同时发现了吸能层中圆管的吸能性能最佳,也证明了提出的套管吸能层-加劲肋双钢板混凝土组合板具有优越的抗冲击性能。
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