H型钢柱在服役期间可能会遭受冲击荷载的作用。H型钢柱作为钢结构建筑最关键的受力构件,其抗冲击性能是土木工程防护工程领域研究的重要课题。本文采用试验、数值模拟和简化理论分析方法对水平冲击作用下的H型钢柱动力响应、相关设计计算及受损后快速评估进行研究,主要工作内容如下:(1)设计一种用于水平撞击的试验装置,实现H型钢柱水平撞击,试验考虑了轴压比和弯矩比的影响,对冲击过程整体位移、加速度进行测试,对关键截面处的应变进行测试,同时采用非接触应变三维应变测试手段对撞击位置局部应变场演化过程进行测试。结合所测试的参数对动力响应的过程进行综合分析,获取了轴压比对H型钢柱动力响应的影响机制,得出了钢柱在冲击过程中位移发展规律及截面弯矩分布。(2)采用有限元软件ABAQUS建立了H型钢柱有限元模型,考虑了应变率效应、锤头与钢柱、螺栓与端板、螺栓与钢柱的接触效应,通过隐式分析和动力显示分析实现了冲击荷载与轴向静力荷载的耦合。随后将数值模拟结果与试验数据进行对比,结果表明数值计算结果与试验数据具有较好的吻合度。(3)在试验的基础上,采用数值模拟方法进一步研究了冲击过程应力发展、破坏模式,随后进行了参数化分析,包括轴压比、冲击质量、冲击速度、冲击能量和撞击位置,分析了各个参数对冲击力-时间曲线、位移曲线、冲击力强化系数和能量吸收率的影响,同时分析了冲击速度、冲击质量、撞击位置对H型钢柱整体位移发展规律的影响。(4)根据冲击试验和数值模拟结果进行分析,获取了对称位置撞击和非对称位置撞击时,H型钢柱整体位移场发展过程的差异性,在已有的位移场估算公式进行优化,提出一种考虑了质量比、冲击能量、撞击位置、柱极限弯矩等参数的位移场估算公式,并将该公式与本试验、数值模拟、其他学者的试验以及已有的位移场公式进行全方位对比,其误差在20%以内。(5)对受损后的H型钢柱进行剩余承载能力试验及数值模拟,分析了各个参数(撞冲击速度、冲击质量、冲击能量、撞击位置、轴压比)对H型钢柱剩余承载力的影响,并分析了损伤参量(水平残余位移和局部凹陷深度)与剩余承载力的关系。通过数值模拟结果建立数据库,给出了基于神经网络算法实现钢柱损伤快速评估模型。