混凝土缺陷对型钢混凝土梁冲击响应的数值模拟研究

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型钢混凝土梁因其综合性能优异而被广泛用于高空间大跨度结构中,而结构在使用过程中,不免会受到静态荷载和冲击荷载的作用,与此同时型钢混凝土梁会因为混凝土在施工和使用过程中而形成缺陷,这些缺陷的存在会影响型钢混凝土梁的受力性能。当含有缺陷的型钢混凝土梁应用于工程建设中时,在静态荷载和爆炸、地震等冲击荷载的作用下更容易产生严重的损坏,会使人民的生命、财产等无法得到保障,所以开展含混凝土缺陷的型钢混凝土梁的静态和动态力学性能研究是很有必要的。国内外目前的研究重点仍然集中在无缺陷的梁构件当中,而对于含混凝土缺陷的型钢混凝土梁的力学性能研究还尚未在现有研究论文中出现。基于此,本文将开展混凝土缺陷对型钢混凝土梁静动态力学性能响应的数值模拟研究,主要研究内容和结果如下:1)建立三种典型型钢混凝土梁的有限元模型,通过与参考文献中的试验进行比对,验证了数值模拟的准确性。在此基础上,建立三种型钢混凝土梁的有限元模型,对比分析得出性能最好的型钢混凝土梁,并确定采用箱形型钢混凝土梁为研究对象。2)建立内部含有缺陷的箱形型钢混凝土梁模型,探究了混凝土内部缺陷的大小和位置变化对箱形型钢混凝土梁抗弯力学性能的影响,得出以下结论:当缺陷大小小于20mm时,对箱形型钢混凝土梁的抗弯承载力影响很小,当缺陷大小超过20mm时,随着缺陷直径不断增大,荷载越来越小,荷载与缺陷大小呈负相关;缺陷位于箱形型钢混凝土梁中性层上部、中性层以及中性层下部时,荷载减少都在2%以内,当缺陷位于型钢混凝土梁中性层下部600mm时,对荷载值的影响最大,当缺陷位于箱形型钢混凝土梁中性层上部受压区时对荷载的影响小于位于受拉区的影响;当缺陷位于跨中时,荷载减少最多,随着缺陷越来越远离跨中靠近支座,荷载减小越来越少,直至与无缺陷梁相同。3)建立内部含有缺陷的箱形型钢混凝土梁模型,探究了混凝土内部缺陷的大小和位置、落锤冲击速度,落锤质量,落锤不同速度、不同质量,撞击位置变化对箱形型钢混凝土梁动态力学性能的影响,得出以下结论:当缺陷大小小于10mm时,对箱形型钢混凝土梁的冲击力影响很小,当缺陷大小超过10mm时,冲击力会随着缺陷的增大而不断减小,呈负相关;当缺陷位于箱形型钢混凝土梁中性层上部受压区时对冲击力的影响小于位于受拉区的影响;随着缺陷越来越远离跨中,向支座处靠近,冲击力越来越大,当到达支座时,与无缺陷时相差无异;箱形型钢混凝土梁的冲击力对落锤速度变化的敏感度比对落锤质量变化要敏感一些,随着落锤质量的增加,对冲击力持续时间的影响远远大于对冲击力的影响。
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