侧向冲击力作用后钢管混凝土柱剩余承载力试验研究

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钢管混凝土柱按钢管形状分圆端形钢管混凝土柱、方钢管混凝土柱、圆钢管混凝土柱和多边形钢管混凝土柱等,而其中圆钢管混凝土柱和方钢管混凝土柱又最为常见。钢管混凝土具有延性好、承载力高,抗震性能优越、有利于钢管的抗火和防火、改善钢结构耐腐蚀性能及施工方便,工期大大缩短等优点,因此,作为钢管混凝土的一种构件,钢管混凝土柱被广泛用于工程实践中,其相关力学研究也就显得十分必要。本文分别对圆钢管混凝土柱和方钢管混凝土柱侧向冲击受损后的力学性能和剩余承载力展开了研究。本文以冲击能量、冲击位置及核心混凝土强度为变量,制作了48根圆钢管混凝土短柱,其中有3根为不受冲击荷载的对照试件。经过冲击试验后,发现当核心混凝土强度越低,冲击位置越靠近试件端部,冲击能量越大时,圆钢管混凝土柱遭受冲击荷载作用后,变形越大,受损情况越严重。通过冲击受损之后轴压试验,本文考察了冲击受损后圆钢管混凝土短柱受压时的力学性能和破坏模式。轴压试验结果表明,冲击能量、冲击位置和核心混凝土强度的变化对圆钢管混凝土的初始刚度、延性及破坏模式均有一定程度影响,且冲击能量越大,冲击位置越靠近短柱端部,核心混凝土强度越高,受冲击之后短柱的初始刚度削弱程度越大,延性越差,相应剩余承载力与原承载力比值也越低。通过对受冲击后圆钢管混凝土短柱在轴压过程中的应变变化情况分析可知,在弹、塑性阶段内受冲击点处应变增长速度均大于试件其它测点处。本文还基于试验过程和数据对不同的冲击受损位置、冲击能量和核心混凝土强度对圆钢管混凝土短柱冲击受损剩余承载力的影响进行了分析,并基于45根冲击受损和3根未受冲击荷载的圆钢管混凝土短柱的轴压试验得出了安全经济的圆钢管混凝土柱冲击受损后剩余承载力与原承载力比值的计算公式。对于方钢管混凝土柱,也以核心混凝土强度,冲击能量和冲击位置为变量,共制作了48根方钢管混凝土短柱,其中有3根为不受冲击荷载的对照试件。经过冲击试验后,发现当核心混凝土强度越低,冲击位置越靠近试件端部,冲击能量越大时,方钢管混凝土柱遭受冲击荷载作用后,变形越大,受损情况越严重。本文还通过冲击受损之后轴压试验,考察了冲击受损后方钢管混凝土短柱受压时的破坏模式和力学性能,发现核心混凝土强度、冲击能量和冲击位置的变化均在一定程度对方钢管混凝土的初始刚度、延性及破坏模式有所影响,且核心混凝土强度越高,冲击能量越大,冲击位置越靠近短柱端部,受冲击之后短柱的初始刚度削弱程度越大,延性越差,相应剩余承载力与原承载力比值也越低。通过研究方钢管混凝土短柱在轴压过程中的应变变化情况,发现在弹、塑性阶段内纵横向应变基本一致,对于核心混凝土强度大的试件,受冲击点应变大于冲击点对面及相应侧面,而对于各个面上,角部应变大于中心应变;而对于心混凝土强度小的试件,侧面角部处应变增长最快。本文基于试验对不同的冲击受损位置、冲击能量和核心混凝土强度对方钢管混凝土短柱冲击受损剩余承载力的影响进行了分析,并基于45根冲击受损和3根未受冲击荷载的方钢管混凝土短柱的轴压试验得出了比较实用的方钢管混凝土柱冲击受损后剩余承载力与原承载力比值的计算公式。
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