不同約束條件鋼管混凝土構(gòu)件的側(cè)向沖擊試驗(yàn)研究與數(shù)值分析.pdf

1、建筑結(jié)構(gòu)受撞擊破壞近年來(lái)屢有發(fā)生，越來(lái)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(jié)構(gòu)，這種組合結(jié)構(gòu)在撞擊下?lián)p傷和破壞問(wèn)題的研究屬塑性動(dòng)力學(xué)范疇。由于結(jié)構(gòu)在沖擊作用下的響應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性力學(xué)問(wèn)題，目前該研究領(lǐng)域還比較薄弱，尤其對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)側(cè)向沖擊的研究仍屬空白領(lǐng)域。隨著鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益廣泛，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)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(gòu)件為研究對(duì)象，采用落錘施加沖擊荷載，進(jìn)

2、行試件側(cè)向沖擊試驗(yàn)研究，并利用有限元程序ANSYS/LS-DYNA進(jìn)行了相關(guān)數(shù)值模擬分析，對(duì)比分析此種構(gòu)件在沖擊荷載作用下的耐撞性和其影響因素。 首先，本文進(jìn)行了鋼管混凝土構(gòu)件在兩端簡(jiǎn)支、一端固定一端簡(jiǎn)支和兩端固定三種約束條件下受側(cè)向沖擊作用的耐撞性試驗(yàn)，實(shí)測(cè)了該模型在沖擊荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)及破壞的過(guò)程，得出了試件在沖擊力作用下的時(shí)程曲線和撓度變形情況。通過(guò)對(duì)空心鋼管試件進(jìn)行同樣的沖擊試驗(yàn)、對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件進(jìn)行靜載試驗(yàn)，測(cè)定相

3、應(yīng)試件的力學(xué)性能。 其次，本文利用了顯式有限元的計(jì)算理論與計(jì)算方法建立相應(yīng)的數(shù)值模型，對(duì)撞擊接觸的動(dòng)力學(xué)數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了初步研究與歸納。 對(duì)試件進(jìn)行實(shí)體建模，對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了沖擊的仿真研究，并和試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證仿真結(jié)果，找出能夠合理描述試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算模型。反之，又通過(guò)大量的模擬仿真，來(lái)研究試件的耐撞性。這樣，有效地減少了試驗(yàn)次數(shù)，降低了試驗(yàn)的成本。在仿真模擬過(guò)程中，研究了落錘在三種不同約束下試件的應(yīng)力、應(yīng)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(shí)程曲線。結(jié)合試驗(yàn)提出了試件的破壞準(zhǔn)則，并找出了試件的臨界能量。并通過(guò)大量的數(shù)據(jù)回歸，提出了試件的臨界能量和I臨界沖擊力的經(jīng)驗(yàn)公式。 在分析影響構(gòu)件的耐撞性因素時(shí)，主要從約束條件和沖擊能量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行。同時(shí)通過(guò)延拓分析、歸納和計(jì)算，得到構(gòu)件在形成塑性鉸時(shí)所能承受的動(dòng)力塑性極限彎矩，構(gòu)件撓度、沖擊力、塑性鉸形成位置同沖擊部位的關(guān)系。 最后通過(guò)試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬表明:鋼管混凝土構(gòu)件具有