带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的轴压承载力及抗爆性能研究

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随着社会的发展,城市建设步伐的加快,钢管混凝土组合结构的应用越来越多,带约束拉杆钢管混凝土柱是近年来出现的新的组合结构形式,对于其力学性能的研究虽然已有很多,但是对轴压承载力的理论研究依然有一定的空间。而近年来恐怖袭击的发生和天然气爆炸事故的增多,在进行民用建筑设计时,对带约束拉杆矩形钢管混凝土柱适当考虑爆炸荷载也非常必要。因此,本文将塑性好、受力合理、耐火性能优越的带约束拉杆矩形钢管混凝土柱作为研究对象,主要从轴压承载力的理论分析、在爆炸荷载作用下动力响应的理论分析、数值模拟以及影响因素分析几个方面,系统地研究了带约束拉杆矩形钢管混凝土柱轴压承载力和抗爆性能,主要的研究内容和成果包括以下几个方面:(1)在基于统一强度理论矩形钢管混凝土短柱承载力计算方法的基础上,考虑钢管的宽厚比对钢管承载力的影响,对钢管承载力进行了折减,考虑约束拉杆对核心混凝土承载力的影响,使核心区混凝土的承载力提高,得到基于统一强度理论带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱承载力的计算公式。(2)运用爆炸荷载效应的基本理论、爆炸冲击波的传播规律、爆炸荷载的简化方法、等效单自由度体系以及钢管混凝土统一理论,得出了适用于带约束拉杆矩形钢管混凝土柱在爆炸荷载作用下最大动力响应的理论计算公式。(3)利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,分别对在爆炸荷载作用下的带约束拉杆矩形钢管混凝土柱和不带约束拉杆的矩形钢管混凝土柱进行了数值模拟,得出了在某一特定工况下的两种柱的柱中最大动力位移,并进行了比较。并利用数值模拟求出的结果,对带约束拉杆矩形钢管混凝土柱在爆炸荷载作用下钢管和混凝土的等效应力云图、等效应变云图和位移云图进行了分析,得出了破坏的全过程,并对破坏模式做了影响因素分析。(4)分析了影响带约束拉杆矩形钢管混凝土柱抗爆性能的迎爆面、混凝土强度等级、钢材强度等级、柱高、比例距离、钢管厚度、截面的长宽比和约束拉杆直径等因素,得到了各参数对带约束拉杆矩形钢管混凝土柱抗爆性能的影响规律。
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