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钢骨混凝土结构由于其优良的承载能力和抗震性能,被广泛应用于各种桥梁结构、超高层结构以及地震区的建筑中。作为主要的承重部件,这些构件在强冲击荷载下会发生严重的损坏,进一步带来结构连续性倒塌等问题。以往对钢骨混凝土结构的研究集中在静力作用下基本力学性能及抗震性能,对抗冲击性能的研究鲜有报道。本文对内配十字型钢的钢骨混凝土构件在侧向撞击下的力学性能进行研究,主要研究工作及结果如下:
(1)开展了钢骨混凝土构件落锤冲击试验研究。以冲击速度、边界条件以及轴压比为参数,对7个内配十字型钢的钢骨混凝土构件进行落锤冲击试验,得到试件的变形发展过程、最终破坏形态、冲击力时程曲线、挠度时程曲线以及轴力时程曲线,初步分析了构件在冲击荷载下的动力响应以及冲击速度、轴压比、边界条件对试件动力响应的影响。
(2)建立了钢骨混凝土构件落锤冲击精细化有限元模型。考虑钢材及混凝土的应变率效应,考虑钢材断裂及混凝土损伤,考虑型钢与混凝土等部件之间的接触。利用模型试验探究关键部件单元选取、网格划分等因素对计算结果的影响。随后,介绍了一种在显示分析中轴力与冲击耦合的方法。以本文试验数据及其他典型试验结果作为参照,验证了本文建模方法的可靠性。
(3)利用有限元模型,对钢骨混凝土构件在侧向冲击下的工作机理进行了研究。包括各部件破坏模态、应力应变发展、能量分配等,分析表明,内配钢骨与混凝土为主要的耗能构件,钢筋及钢骨的塑性应变充分发展,材料应变率效应影响显著。分析了冲击力、惯性力及支反力的发展规律。
(4)对影响钢骨混凝土构件抗冲击性能的参数进行了系统分析。主要考虑材料参数、几何参数、荷载参数及边界条件四个角度。参数分析结果表明,在工程常用范围内,边界条件、钢骨用量、型钢材料选取、箍筋间距等是影响钢骨混凝土构件抗冲击性能的主要参数。
(5)基于参数分析的结果,提出了一种钢骨混凝土抗冲击承载力评估方法。利用回归分析的方法提出抗冲击承载力放大系数计算公式并利用有限元计算结果对其精度进行验证,结合现行规范提出钢骨混凝土构件抗弯及抗剪承载力设计建议。
(1)开展了钢骨混凝土构件落锤冲击试验研究。以冲击速度、边界条件以及轴压比为参数,对7个内配十字型钢的钢骨混凝土构件进行落锤冲击试验,得到试件的变形发展过程、最终破坏形态、冲击力时程曲线、挠度时程曲线以及轴力时程曲线,初步分析了构件在冲击荷载下的动力响应以及冲击速度、轴压比、边界条件对试件动力响应的影响。
(2)建立了钢骨混凝土构件落锤冲击精细化有限元模型。考虑钢材及混凝土的应变率效应,考虑钢材断裂及混凝土损伤,考虑型钢与混凝土等部件之间的接触。利用模型试验探究关键部件单元选取、网格划分等因素对计算结果的影响。随后,介绍了一种在显示分析中轴力与冲击耦合的方法。以本文试验数据及其他典型试验结果作为参照,验证了本文建模方法的可靠性。
(3)利用有限元模型,对钢骨混凝土构件在侧向冲击下的工作机理进行了研究。包括各部件破坏模态、应力应变发展、能量分配等,分析表明,内配钢骨与混凝土为主要的耗能构件,钢筋及钢骨的塑性应变充分发展,材料应变率效应影响显著。分析了冲击力、惯性力及支反力的发展规律。
(4)对影响钢骨混凝土构件抗冲击性能的参数进行了系统分析。主要考虑材料参数、几何参数、荷载参数及边界条件四个角度。参数分析结果表明,在工程常用范围内,边界条件、钢骨用量、型钢材料选取、箍筋间距等是影响钢骨混凝土构件抗冲击性能的主要参数。
(5)基于参数分析的结果,提出了一种钢骨混凝土抗冲击承载力评估方法。利用回归分析的方法提出抗冲击承载力放大系数计算公式并利用有限元计算结果对其精度进行验证,结合现行规范提出钢骨混凝土构件抗弯及抗剪承载力设计建议。