中空夹层钢管混凝土简支柱侧向撞击性能的研究

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中空夹层钢管混凝土(Concrete Filled Double Skins Steel Tube,简称CFDST)是在钢管混凝土的基础上,用内钢管代替核心混凝土部分形成的一种新型构件。这种构件具有自重小、抗震性能好、抗弯刚度大、抗火性能好等优点,已经被越来越多的结构所应用,且常被用作桥墩、高层建筑、输电塔等结构,而这些结构在服役期间不可避免的会遭受到车辆、船舶、飞机等的撞击,结构遭受撞击后带来的影响也越来越受到重视。本文将对CFDST简支构件侧向撞击性能作出研究分析,并提出构件的动力承载力公式,为进一步分析CFDST构件的撞击性能奠定基础。本文主要进行了以下工作:(1)在太原理工大学DHR9401型落锤试验机上进行两端简支的中空夹层钢管混凝土柱的侧向撞击试验,试验通过变化落锤高度实现不同撞击能的加载,试验中主要记录了撞击力、试件跨中挠度和关键点的应变,并得到了试件的残余破坏形态等。(2)建立了两端简支中空夹层钢管混凝土柱在撞击荷载作用下的ABAQUS有限元分析模型,模型中考虑了钢材和混凝土的应变率,并定义了相关材料的接触关系等,利用有限元软件对试验进行了计算,并对试验结果进行了对比分析和讨论。(3)利用正交试验法,基于试验数据验证后的有限元模型分析,建立了不同参数下的两端简支中空夹层钢管混凝土柱的分析模型。利用极差法对结果进行了分析,以确定对撞击力峰值、撞击力平台值及跨中挠度影响的各荷载、物理和几何参数比重。(4)对影响试件的各因素开展了参数分析,分析参数主要包括:外管强度、混凝土强度、内管强度、截面含钢率,内管径厚比、空心率和撞击速度等。另外,本文还提出了两端简支中空夹层钢管混凝土柱抗侧向撞击动力承载力计算公式。
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