不同約束條件鋼管混凝土構件的側向沖擊試驗研究與數值分析.pdf

1、建筑結構受撞擊破壞近年來屢有發(fā)生，越來越受到工程界的重視。鋼管混凝土是在鋼管中填充混凝土而形成的結構，這種組合結構在撞擊下損傷和破壞問題的研究屬塑性動力學范疇。由于結構在沖擊作用下的響應是一個復雜的非線性力學問題，目前該研究領域還比較薄弱，尤其對混凝土結構側向沖擊的研究仍屬空白領域。隨著鋼管混凝土結構的應用日益廣泛，鋼管混凝土結構耐撞性的研究變得更加必要。 本文以3.5mm壁厚的鋼管混凝土構件為研究對象，采用落錘施加沖擊荷載，進

2、行試件側向沖擊試驗研究，并利用有限元程序ANSYS/LS-DYNA進行了相關數值模擬分析，對比分析此種構件在沖擊荷載作用下的耐撞性和其影響因素。 首先，本文進行了鋼管混凝土構件在兩端簡支、一端固定一端簡支和兩端固定三種約束條件下受側向沖擊作用的耐撞性試驗，實測了該模型在沖擊荷載作用下的動力響應及破壞的過程，得出了試件在沖擊力作用下的時程曲線和撓度變形情況。通過對空心鋼管試件進行同樣的沖擊試驗、對鋼管混凝土構件進行靜載試驗，測定相

3、應試件的力學性能。 其次，本文利用了顯式有限元的計算理論與計算方法建立相應的數值模型，對撞擊接觸的動力學數值計算結果進行了初步研究與歸納。 對試件進行實體建模，對試驗模型進行了沖擊的仿真研究，并和試驗進行對比，驗證仿真結果，找出能夠合理描述試驗結果的計算模型。反之，又通過大量的模擬仿真，來研究試件的耐撞性。這樣，有效地減少了試驗次數，降低了試驗的成本。在仿真模擬過程中，研究了落錘在三種不同約束下試件的應力、應變、沖擊力和

4、撓度的大小及分布規(guī)律，完成了撓度和沖擊力的時程曲線。結合試驗提出了試件的破壞準則，并找出了試件的臨界能量。并通過大量的數據回歸，提出了試件的臨界能量和I臨界沖擊力的經驗公式。 在分析影響構件的耐撞性因素時，主要從約束條件和沖擊能量兩個方面進行。同時通過延拓分析、歸納和計算，得到構件在形成塑性鉸時所能承受的動力塑性極限彎矩，構件撓度、沖擊力、塑性鉸形成位置同沖擊部位的關系。 最后通過試驗和計算機模擬表明:鋼管混凝土構件具有