建筑用圆钢管构件侧向冲击响应及失效机理

发布时间：2024-07-09 01:09

　　近年来,意外事故和自然灾害的频发以及以“911”为代表的恐怖袭击事件日益增多,使得建筑安全的研究成为热点。建筑钢结构除受恒荷载、活荷载、风荷载和温度荷载外,还易受到火灾、爆炸、飞行器撞击等偶然荷载的作用。在偶然荷载较大时,可直接摧毁建筑物,带来巨大经济损失和人员伤亡;而在偶然荷载作用较小时,对建筑结构产生的局部破坏又极易诱发结构的连续性倒塌。圆钢管以自身优良的力学性能和简洁明快的外形成为网架、网壳、管桁架、海洋平台等钢结构中最常用的结构钢型材。圆钢管一般作为轴力构件承受正常工作荷载、温度荷载,多处于轴向受压或轴向受拉状态。目前国内针对圆钢管抗冲击研究较少,且尚无规范进行规定,而国外相应的规范多针对海洋平台结构,可以看出对建筑圆钢管开展抗冲击研究具有重要的学术价值和工程意义。在钢管结构中,由于节点形式的多样性使得圆钢管具有多种约束形式;在现实工况中,撞击事故发生时圆钢管多处于正常工作状态,即圆钢管在承受轴向荷载时遭受到侧向冲击。已有的相关研究工作多以海洋平台结构圆钢管或输油输气圆钢管作为研究对象,而建筑用圆钢管与上述圆钢管存在较为明显的力学差别。鉴于此,本文以Q235B建筑用圆钢管为研究...

【文章页数】：176 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 圆钢管抗冲击研究现状
        1.2.2 钢管结构及节点抗冲击研究现状
        1.2.3 其它相关领域抗冲击研究现状
    1.3 本文主要工作
第2章 两端固支圆钢管抗侧向冲击性能试验研究
    2.1 引言
    2.2 试验概况
        2.2.1 构件夹持系统设计及试验加载平台制作
        2.2.2 冲击试验采集装置设计制作
        2.2.3 试件加工及试件材性
    2.3 试验现象
        2.3.1 典型冲击试验过程
        2.3.2 典型静力加载试验过程
        2.3.3 塑性铰和失效模式
    2.4 准静态试验和冲击试验对比分析
    2.5 冲击试验结果分析
        2.5.1 圆钢管几何尺寸的影响
        2.5.2 圆钢管长细比的影响
        2.5.3 冲击高度的影响
        2.5.4 冲击动量的影响
        2.5.5 冲击物形状的影响
        2.5.6 冲击位置的影响
    2.6 本章小结
第3章 轴力作用下圆钢管抗侧向冲击性能试验研究
    3.1 引言
    3.2 试验概况
        3.2.1 试验轴向力加载装置设计
        3.2.2 试件设计及加工
    3.3 试验加载过程和现象
        3.3.1 典型冲击试验过程
        3.3.2 应变响应过程
        3.3.3 冲击力和位移响应过程
        3.3.4 失效模式及塑性铰
    3.4 试验结果分析
        3.4.1 轴力作用机理分析
        3.4.2 轴拉力的影响
        3.4.3 轴压力的影响
        3.4.4 约束形式的影响
    3.5 本章小结
第4章 圆钢管侧向冲击有限元仿真方法研究
    4.1 引言
    4.2 Q235B钢材动态本构及在LS-DYNA中的应用
        4.2.1 Q235B钢材动态本构
        4.2.2 试验方法及结果
        4.2.3 本构方程拟合
        4.2.4 有限元分析及本构模型验证
        4.2.5 分析总结
    4.3 有限元模型的建立及验证
        4.3.1 有限元模型的建立
        4.3.2 有限元模型的验证
    4.4 圆钢管侧向冲击有限元模型的敏感性分析
        4.4.1 网格尺寸
        4.4.2 材料本构模型的影响
        4.4.3 冲击物的简化
        4.4.4 其它因素的影响
    4.5 本章小结
第5章 圆钢管在冲击作用下的参数化分析
    5.1 引言
    5.2 分析方案
    5.3 无轴力作用圆钢管侧向冲击参数化分析
        5.3.1 典型动力响应
        5.3.2 失效模式
        5.3.3 影响因素分析
    5.4 轴力作用下圆钢管侧向冲击参数化分析
        5.4.1 有限元建模与轴力的施加
        5.4.2 典型动力响应
        5.3.3 失效模式
        5.4.4 影响因素分析
    5.5 本章小结
第6章 圆钢管在冲击作用下的失效准则及变形预测
    6.1 引言
    6.2 圆钢管在侧向冲击作用下的准静态分析
        6.2.1 圆钢管未变形截面的塑性屈服条件
        6.2.2 圆钢管塑性凹陷区分析
        6.2.3 圆钢管整体变形分析
    6.3 圆钢管在侧向冲击作用下的失效机理分析
        6.3.1 圆钢管在侧向冲击作用下的失效模式
        6.3.2 圆钢管在侧向冲击作用下的失效准则
    6.4 圆钢管侧向冲击变形预测
        6.4.1 既有计算方法
        6.4.2 本文计算方法及评价
    6.5 本章小结
结论
参考文献
附录A 两侧固支圆钢管侧向冲击试验汇总
    A.1 试验过程图片
    A.2 试验结果图片
    A.3 试验数据汇总
附录B 轴力作用下圆钢管侧向冲击试验数据汇总
    B.1 试验图片
    B.2 试验数据汇总
附录C 圆钢管侧向冲击有限元分析数据汇总
    C.1 无轴力试件数据汇总
    C.2 轴力作用试件数据汇总
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历



本文编号：4004161