侧向撞击作用下不锈钢-混凝土-钢管组合构件的动力性能研究

发布时间：2017-05-15 19:17

  本文关键词：侧向撞击作用下不锈钢-混凝土-钢管组合构件的动力性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：外钢管为不锈钢的中空夹层钢管混凝土(Stainless Steel-Concrete-Carbon Steel Double-Skin Tubular)是在传统中空夹层钢管混凝土(CFDST)结构基础上发展起来的一种新型组合结构,除具有传统CFDST结构承载力高、截面开展抗弯刚度大、抗震性好、自重轻、耐火性强等特点外,还具有美观、耐腐蚀、耐久性好等特点,因而其预期在桥梁、海洋平台等结构中的应用前景较好。为保障结构在全寿命周期内的安全性,撞击荷载与其它常规静力荷载、地震荷载以及风荷载等动力荷载一样,都是其设计阶段必须考虑的荷载工况。如汽车、火车等低、高速交通对结构构件的碰撞伤害,常常可能导致结构发生局部损伤乃至整体丧失承载能力(连续倒塌)。本文对高层或超高层中底层DST组合构件开展了其在侧向撞击下的试验和理论研究,并利用有限单元法分析了耐撞性能有关参数。主要研究内容如下:(1)在太原理工大落锤冲击试验装置机上开展了两端固定的不锈钢-混凝土-钢管(DST)组合构件的侧向冲击试验,试验的研究参数包括冲击高度、轴压比和空心率。最后得到了构件的残余破坏形态、冲击力-时间曲线、跨中挠度-时间曲线和外钢管的表面纵向、横向应变等。试验结果表明,两端固定的不锈钢-混凝土-钢管组合构件具有较好的抗冲击性能,空心率对构件抗冲击性能影响较大。(2)利用ABAQUS软件对两端固定不锈钢-混凝土-钢管组合试件建立了有限元模型,分析其在侧向冲击荷载作用下力学性能,计算考虑了内外钢管的应变率强化效应。并将计算结果与本文的冲击试验数据进行了对比验证。(3)基于有限元分析模型,对组合构件在侧向冲击作用下的动力响应进行了全过程分析,并针对空心率、截面含钢率、径厚比、内外管强度以及混凝土强度等参数对构件抗冲击性能影响进行了定量分析。(4)基于以上试验和理论分析结果,将不锈钢-混凝土-钢管组合构件与传统中空夹层钢管混凝土构件进行了对比分析,给出了工程实用建议。
【关键词】：不锈钢-混凝土-钢管组合柱 侧向冲击 有限元模型 参数分析
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU398.9
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第1章 绪论12-27
• 1.1 选题意义及背景12-16
• 1.1.1 选题背景12-13
• 1.1.2 不锈钢在工程中的应用13-15
• 1.1.3 不锈钢-混凝土-钢管组合结构的提出背景及意义15-16
• 1.2 相关课题研究现状16-27
• 1.2.1 中空夹层钢管混凝土研究现状16-19
• 1.2.2 组合结构受撞击的研究现状19-22
• 1.2.3 不锈钢管混凝土组合结构的研究现状22-27
• 第2章 不锈钢-混凝土-钢管组合柱侧向撞击试验研究27-58
• 2.1 试验概况27-34
• 2.1.1 试件设计27-29
• 2.1.2 试验装置29-32
• 2.1.3 试验测试内容及流程32-34
• 2.2 试验结果34-48
• 2.2.1 材性试验34-35
• 2.2.2 冲击过程描述35-36
• 2.2.3 试件破坏形态36-38
• 2.2.4 冲击力（F）时程曲线38-41
• 2.2.5 应变（e）时程曲线41-46
• 2.2.6 跨中挠度（Δ）时程曲线46-47
• 2.2.7 试验结果小结47-48
• 2.3 试验结果分析48-55
• 2.3.1 冲击力峰值（Fmax）48-51
• 2.3.2 冲击力平台值（Fstab）51-53
• 2.3.3 跨中极限挠度（Δ）53-55
• 2.4 本章小结55-58
• 第3章 不锈钢-混凝土-钢管组合柱侧向撞击的有限元计算模型58-76
• 3.1 引言58
• 3.2 材料模型58-62
• 3.2.1 不锈钢58-60
• 3.2.2 碳素钢60-61
• 3.2.3 混凝土61-62
• 3.3 有限元模型概述62-66
• 3.3.1 单元类型、网格划分62-63
• 3.3.2 边界条件、初始条件及接触处理63-64
• 3.3.3 轴力-冲击耦合64-66
• 3.4 有限元模型验证66-74
• 3.4.1 试件的破坏模态66-70
• 3.4.2 冲击力（F）时程曲线70-72
• 3.4.3 跨中挠度时程曲线72-74
• 3.5 本章小结74-76
• 第4章 不锈钢-混凝土-钢管组合柱侧向撞击工作机理及参数分析76-95
• 4.1 侧向撞击动力响应全过程及其工作机理分析76-82
• 4.1.1 侧向撞击动力响应全过程76-78
• 4.1.2 不锈钢-混凝土-钢管组合柱侧向冲击工作机理78-82
• 4.2 参数分析82-92
• 4.2.1 不锈钢管厚度82-84
• 4.2.2 内钢管径厚比84-85
• 4.2.3 空心率85-88
• 4.2.4 不锈钢强度88-89
• 4.2.5 内钢管强度89-90
• 4.2.6 混凝土强度90-92
• 4.3 与传统中空夹层钢管混凝土抗冲击性能比较92-94
• 4.3.1 约束效应系数相同时的对比92-93
• 4.3.2 轴向承载力相同时的对比93-94
• 4.4 本章小结94-95
• 第5章 结论与展望95-97
• 5.1 结论95-96
• 5.2 展望96-97
• 参考文献97-103
• 致谢103-104
• 攻读学位期间发表的学术论文104
• 攻读学位期间参与科研项目104

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本文编号：368665