钢管混凝土组合结构动态力学性能研究进展

发表时间:2019/12/16   来源:《防护工程》2019年16期   作者:李显辉 李宁 于晓东
[导读] 因此国内外学者对钢管混凝土组合结构的动态力学性能进行了研究,为该组合结构的发展做出了贡献。
山西建筑职业技术学院  山西太原  030006
        摘  要:钢管混凝土组合结构具有优良的承载性能,在工程中被广泛应用,而汽车、火车、飞机、轮船、爆炸等撞击荷载时常作用于建筑物,因此国内外学者对钢管混凝土组合结构的动态力学性能进行了研究,为该组合结构的发展做出了贡献。
        关键词:钢管混凝土;动态力学;组合结构
       
       
1.钢管混凝土组合结构动态力学性能研究背景
        随着现代工业技术的不断发展,汽车、火车、飞机、轮船、爆炸等撞击荷载对建筑物造成的损伤也不断发生,单纯的钢结构以及混凝土结构由于自身材料的特点,抵抗撞击荷载的能力较弱,受撞击后剩余承载力较低,而钢管混凝土结构,继承了钢结构以及混凝土结构的优点,有着良好的承载性能,被越来越多的建筑运用,因此钢管混凝土的动态力学性能(耐撞性)成为了人们关注的重点,本文分别从国内外学者的研究坦述该构件的动态力学性能研究进展。
        2.钢管混凝土组合结构动态力学性能研究现状
        国内于20世纪50年代对钢管混凝土的动态力学性能开始了研究,陈肇元[1]首次对42根钢管混凝土短柱进行了快速加载试验,试验研究发现,构件的承载性能受外钢管的厚度及强度影响最大; 贾电波[2]进行了钢管混凝土柱抗冲击性能研究,研究记录了落锤冲击试件全过程,记录了撞击力时程曲线,对构件抗冲击承载力进行了数值模拟计算,得出了承载力计算公式;王蕊[3]利用叠形弹簧对钢管混凝土进行轴向加载,并利用落锤试验机进行固简支、固支、简支三种边界条件下的轴压下钢管混凝土柱耐撞性试验研究,研究分析了外钢管强度、混凝土强度等因素对试件的耐撞性影响,研究结果表明,钢管混凝土具有较好的抗冲击性能。侯川川[4]利用abaqus有限元软件对钢管混凝土耐撞性进行了研究,其创建的有限元模型综合考虑混凝土的应变率与钢材的应变率。研究结果表明,有限元软件能有效的验证试验,利用有限元模型进行参数分析,研究了各种参数对构件耐撞性能的影响。李显辉[5]利用太原理工大学的DHR9401型落锤试验机对两端简直的中空夹层钢管混凝土构件进行了耐撞性试验,试验边界条件采取两端简支,并利用abaqus有限元软件对试验进行了验证,有限元模拟与试验结果基本一致,最后利用正交试验法对试件的各个参数进行了分析,分析结果表明,外钢管是影响该构件抗冲击性的主要因素。Lin-Hai Han[6]在落锤式钻机上对12个钢管混凝土试件和参考空心钢管进行了试验。钢管混凝土构件的立方体强度可达75 MPa。建立了有限元分析(FEA)模型,对高强度钢管混凝土构件的冲击性能进行了预测,并通过试验结果验证了预测的准确性。然后利用有限元模型对钢管混凝土构件在冲击荷载作用下的受力状态、内力分布和抗弯承载力进行了全面分析。最后,在参数分析的基础上,建立了计算钢管混凝土构件在冲击荷载作用下抗弯承载力的简化模型。本文采用显式非线性有限元技术,对钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的响应进行了数值研究。S. Aghdamy[6]利用有限元模型对钢管混凝土的耐撞性进行了研究,该模型综合考虑了混凝土约束、钢与混凝土的应变速率效应、钢管与混凝土的接触、预加载的动态松弛等因素,是一种较新的显式求解方法。首先将有限元模型与已有的实验结果进行对比验证,然后利用有限元模型进行参数敏感性分析。评价了不同结构参数和荷载参数对钢管混凝土柱冲击响应的影响,确定了关键控制因素。总体而言,影响柱冲击响应的主要参数是钢管壁厚比、长细比和冲击速度。本研究的结果将提高这一领域的知识水平,为今后钢管混凝土柱横向受力分析和设计提供基准参考。国内外学者对钢管混凝土柱耐撞性的研究已有一定成果,能从理论以及试验方面很好地描述该构件的耐撞性。


        3.钢管混凝土组合结构动态力学性能研究进展及展望
        经国内外大量学者研究发现,钢管混凝土组合结构具有优良的耐撞性能,可以被广泛应用于桥梁桥墩、高层建筑等容易遭受撞击的部位,该构件遭受撞击后有较好的剩余承载力,可以有效地保护人民财产安全。由该构件研究基础上产生的中空夹层钢管混凝土构件、不锈钢管再生混凝土构件方面的研究应加强,为组合构件的广泛应用奠定基础。
        4.参考文献
        [1]陈肇元,罗家谦,潘雪雯钢管混凝土短柱作为防护结构构件的性能[R].淸华大学抗展 抗暴工程研究室科学研究报告.第4集:钢筋混凝土结构构件在冲击荷载下的性能.北 京:清华大学.
        [2]贾电波. 钢管混凝土构件在侧向撞击载荷作用下的初步研究 [D]. 太原: 太原理工大学, 2005.
        [3]王蕊. 钢管混凝土结构构件在侧向撞击下动力响应及其损伤破坏的研究[D]. 太原理工大学, 2008.
        [4]侯川川, 王蕊, 韩林海. 低速横向撞击下钢管混凝土构件的力学性能研究[J]. 工程力学, 2012, 10.
        [5]李显辉.中空夹层钢管混凝土简支柱侧向撞击性能的研究[D].山西:太原理工大学,2014.
        [6]Lin-Hai Han, Chuan-Chuan Hou, Xiao-Ling Zhao, Kim J.R. Rasmussen,Behaviour of high-strength concrete filled steel tubes under transverse impact loading,Journal of Constructional Steel Research,Volume 92,2014,Pages 25-39.
        [7]S. Aghdamy, D.P. Thambiratnam, M. Dhanasekar, S. Saiedi,Computer analysis of impact behavior of concrete filled steel tube columns,Advances in Engineering Software,Volume 89,2015,Pages 52-63.
        基金项目:本文系山西省“1331工程”建设背景下高职院校校企协同创新探索研究—以山西建筑职业技术学院建筑钢结构工程技术专业为例(课题编号:ZX-18138)的阶段性研究.
        作者简介:
        李显辉(1988-),男,山西吕梁人,博士在读,现工作于山西建筑职业技术学院,助讲,研究方向: 结构工程。
        李  宁(1984-),男,现工作于山西建筑职业技术学院。
        于晓东(1988-),山西怀仁人,本科学历,现工作于西山煤电集团有限责任公司杜儿坪煤矿,工民建工程师,研究方向:结构工程。
        
        
        
       
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