大空心率中空夹层钢管混凝土组合构件抗撞性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:txiujykyu6
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着大尺寸中空夹层钢管混凝土(Concrete-Filled Double-skin Steel Tubular,CFDST)构件应用的增加,以及对空间利用率和性价比要求的持续提高,大空心率中空夹层钢管混凝土构件逐渐呈现出工程需求。用于风力发电机支撑柱、输电杆、高架桥墩等构筑物时,具有广阔的应用前景。当其作为主要的承重构件时,遭受撞击后,可能产生严重的破坏甚至完全丧失承载力而倒塌,对人们的生命和财产安全造成严重损失。钢材在生产、运输等过程中会产生初始几何缺陷,已有研究表明,随着空心率的增大,钢管初始几何缺陷对该类构件的抗弯刚度及极限承载力等基本力学性能影响也相应增大,在对结构进行受力分析时,不能忽略其初始几何缺陷的影响。查阅相关文献,对考虑几何初始缺陷的大空心率中空夹层钢管混凝土构件在撞击荷载作用下的力学性能研究还较少,本文利用ABAQUS有限元软件,采用数值模拟与理论分析,对考虑几何初始缺陷的大空心率CFDST构件遭受撞击荷载的力学性能进行了研究,主要研究内容如下:(1)选取合理的钢材、混凝土本构关系及加载方式,分别建立考虑初始几何缺陷的钢管混凝土构件在轴向荷载作用下的承载力计算模型、中空夹层钢管混凝土及新型钢管混凝土构件遭受撞击荷载的计算模型,并与已有的试验数据进行对比验证,在确保各部分计算模型准确的基础上,建立了考虑初始几何缺陷的中空夹层钢管混凝土构件遭受撞击荷载的有限元计算模型。(2)利用有限元软件ABAQUS,在验证模型的基础上,对考虑初始几何缺陷和不考虑几何初始缺陷的中空夹层钢管混凝土构件遭受撞击荷载时的动力响应进行分析,首先对比了不同初始几何缺陷组合下空心率范围为0.2~0.9构件的抗撞击性能,确定对构件抗撞性能最不利的初始几何缺陷的组合。(3)在最不利的初始几何缺陷组合的条件下,对空心率为0.8的不考虑初始几何缺陷与考虑初始几何缺陷的中空夹层钢管混凝土构件在遭受侧向撞击荷载作用下的动力响应进行分析,主要包括撞击力时程曲线、位移时程曲线、撞击过程中的能量变化、构件弯矩分布、构件和核心混凝土的破坏形态、钢管应力的发展等,并对构件各部分的相互作用进行对比,可以较为全面反映几何初始缺陷对构件遭受撞击荷载时的受力特点及破坏形态的影响。(4)以撞击力平台值和跨中全部变形作为抗撞击性能评价指标,对不考虑初始几何缺陷和考虑初始几何缺陷的大空心率中空夹层钢管混凝土构件的抗撞击性能进行参数分析,主要包括几何参数(内钢管径厚比、名义含钢率、长细比)、材料强度参数(内、外钢管钢材屈服强度、混凝土强度)和荷载参数(轴压比、撞击速度、落锤质量、撞击位置)以及边界条件。结果表明:长细比、边界条件及荷载参数对构件的抗撞性能有较大影响,且提高名义含钢率和减小内钢管径厚比可有效减小初始几何缺陷对该类构件抗撞击性能的不利影响,改变材料强度对该类构件抗撞性能影响相对较小。(5)采用修正系数法,在空心钢管及中空夹层钢管混凝土静态荷载-局部凹陷变形关系的基础上,给出了不考虑初始缺陷和考虑初始缺陷的大空心率中空夹层钢管混凝土构件跨中动态荷载-局部凹陷变形关系简化计算方法,与数值计算结果对比,给出的简化计算公式可以较好地预测有无初始缺陷的大空心率CFDST构件在侧向撞击荷载下的撞击力-局部凹陷变形关系曲线。
其他文献
随着时代的进步以及国民经济水平的不断提高,城市交通压力不断增大,为减缓不断增长的交通运行负担,满足不同需求的人行天桥逐年增多。而此类结构部分用于避免车流和人流平面相交时的冲突,保障人们安全的穿越,减少交通事故;部分用于行人跨越山川河流的阻隔,满足景区的美观需求,因此人行天桥的建设要求除了满足较低负载的同时,还要满足更轻质、更细长、更美观的要求。且此类结构的主要荷载类型即为人行荷载,因此人行天桥的结
学位
悬挂建筑结构体系作为一种新兴的结构体系,与传统的建筑结构相比具有突出的优点,能够充分利用钢材的抗拉性能,结构的平面布置灵活,能够实现建筑底部大空间,结构的传力路径明确,受力比较合理,具有良好的抗震性能,且易于实现震后易损坏构件的更换,降低修复成本。基于悬挂结构的出色性能,为了降低结构的地震响应,本文提出了一种分层悬挂结构体系,与传统悬挂结构不同,此结构体系将悬挂楼层通过钢制多功能连接件悬挂在柱子上
学位
建筑结构在地震、强风作用下存在着破坏的风险,因此振动控制理论被引入到建筑结构抗震、抗风领域中,旨在达到结构的防灾减灾要求。在结构振动控制领域中调谐质量阻尼器因其构造简单、成本低廉而被广泛应用在建筑结构当中。为了进一步提高调谐质量阻尼器的减振性能,本文基于双重调谐质量阻尼器中两个质量块相互作用从而提高阻尼器减振性能的思想,提出了一种减振频带更宽的摇摆双调谐质量阻尼器,并对其减振机理、系统参数和鲁棒性
学位
现代建筑物正趋向于高层化、大跨度化的发展,传统的混凝土往往无法满足新的工程结构建设需求,超高强混凝土的出现及时满足了这些要求。超高强混凝土是一种新型水泥基复合材料,具有超高强度、优良的耐久性等特性,能适应多种不同类型的工程需求,具有广阔的应用前景。本文基于对现有文献进行总结分析,以及对目前国内外超高强混凝土的研究现状进行了综述,归纳梳理了当前的研究内容和方向,分析了超高强混凝土抗压力学性能的影响因
会议
本文采用常规材料、设备与方法,通过系统试验研究,分析了水胶比、胶凝材料组成与用量、钢纤维掺量等对超高强混凝土工作性能、力学性能以及体积稳定性的影响,明晰了钢管超高强混凝土制备与配合比参数的要求。结果表明:胶材用量不变,降低水胶比可以提升混凝土强度,水胶比从0.22降低到0.18,混凝土7d强度提高23.6%,混凝土28d强度提高20.4%;但其工作性能也有较大损失,制备钢管超高强混凝土水胶比宜控制
期刊
挡土墙能够有效防止墙后土体因变形而导致的失稳破坏,被广泛地应用于铁路、公路等工程,而土压力对挡土墙设计至关重要,是评价挡土墙是否失稳的一个最关键因素。近年来,国内外地震频发,地震土压力的计算越来越引起国内外研究人员的重视,以往专家学者也对地震土压力作了大量研究,并取得了一定的成果,但复杂条件下的研究仍然存在一些不足。因此,本文以平移模式的竖直挡土墙为研究对象,采用微分薄层单元法与拟静力法相结合的研
学位
随着西部大开发的推进,城市建筑物体量和高度增加,桩基础在黄土地区得到了广泛应用。由于黄土地区特殊的土体性质产生的桩周负摩擦力对桩基础的影响不容忽视,而桩周荷载传递函数是一个研究重点。目前关于桩周荷载传递函数的研究通常基于实测值、桩身性质来建立,而通过寻求土体沉降量公式确定桩周荷载传递函数的研究较少,需要进一步考虑。本文围绕桩周荷载传递函数的建立展开研究,通过改进理论公式和数值模拟分析相结合的方法,
学位
随着房屋建筑和市政基础设施的快速发展,城市建设过程中将会面临更为严苛的施工要求。对于西北地区来说,传统深基坑支护多采用土钉墙、复合土钉墙、排桩+预应力锚索(杆)支护体系,但针对目前城市建设的发展趋势,上述支护体系在西北地区城市基坑工程中的应用受到了很大限制。预应力鱼腹式钢支撑具有高冗余度、绿色环保、施工空间大、整体刚度大等优点,被广泛应用于基坑支护中。本文将围绕预应力鱼腹式钢支撑在西北地区的应用展
学位
近年来,随着城市化建设和隔震技术的飞速发展,隔震技术的应用正在从中低层结构向高层结构慢慢延伸发展。2021年9月,我国第一部《建筑隔震设计标准》开始实施,对位于我国高烈度、高风压地区的高层隔震结构,抗震和抗风设计成为一个重要议题。综合其建设投资大、服役周期长等特点,高层隔震结构在全寿命服役期内受到长期风荷载作用的疲劳破坏及强风和地震等多种灾害的耦合破坏的可能性大大增加。而在现行的荷载规范中,对疲劳
学位
大学英语课程是高校开展课程思政的重要阵地。以外语教学与研究出版社出版的《新一代大学英语视听说教程提高篇1》Unit 5为例,基于U校园在线教学平台,积极探索在课前、课中、课后三个时段,集学生互评、学生自评、教师评价为一体的线上线下混合式教学模式,提出大学英语课程思政的具体实施方案,促进大学英语课程思政建设,落实立德树人根本任务。
期刊