轴力作用下内置加劲环T形管节点抗冲击性能研究

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管节点凭借自身轻、传力途径明确、经济适用等优点广泛应用于钢结构建筑、道路桥梁和海洋平台。国内外对研究管节点承受静力荷载的力学特性已趋于成熟,而关于动力荷载下的力学特性研究并不完善。地震、爆炸、撞击等偶然荷载对管结构造成的局部损伤和整体破坏时有发生,虽然国内外对管结构抗冲击进行了大量的试验探究,但存在局限性,重要的一点是忽略了管结构遭受冲击荷载前一直承受轴压力作用,这种潜在的轴压力作用与钢管抗冲击特性联系紧密。因此,探究管节点在轴力作用下的抗冲击性能尤为重要。本文针对管节点在轴力作用下遭受冲击荷载的局部抗冲击性能比较差的现状,采用了内置加劲环局部加强的方法,同时结合试验研究和有限元分析,揭示了内置加劲环加强管节点在主管受压下的抗冲击工作机理。主要工作和结论如下:1.轴压力作用下管节点的落锤冲击试验研究。通过对2个普通试件和3个内置加劲环加强试件的抗冲击试验研究,确定不同参数下加强节点和未加强管节点的破坏模式,并计算残余变形;通过分析冲击力、位移、应变等抗冲击性能指标,并将未加强和加强管节点的抗冲击指标比较分析,得到了内置加劲环加强方式的有效性。2.有限元模型的验证。运用ABAQUS软件建立5组T形管节点落锤冲击模型。通过对已有文献结果和本文试验结果的比较,验证有限元模型的可靠性,为后文管节点在轴压力作用下的抗冲击机理分析提供条件。3.管节点抗冲击工作机理研究。采用等面积轴方法,区分了未加强节点和内置加劲环加强节点在冲击过程中的局部凹陷位移和整体弯曲位移,并确定两者的数值大小和破坏次序;最后对5组试验数据中的应变时程曲线求导得到5个管节点的应变率时程曲线,揭示了应变在整个冲击过程中的发展规律。4.参数分析。通过设置不同的钢材屈服强度、冲击能量、轴压比和内置加劲环尺寸等参数,揭示了不同参数对模型的冲击力、位移和局部破坏模态等变化规律的影响。
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