中空夹层钢管混凝土简支柱侧向撞击性能的研究

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1、万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文主要符号说明混凝土横截面面积外钢管截面面积内钢管截面面积外钢管直径总冲击能量混凝土弹性模量动能钢材弹性模量混凝土圆柱体抗压强度混凝土轴心抗压强度混凝土立方体抗压强度混凝土轴心抗拉强度钢材抗拉极限强度静力下钢材屈服强度冲击力冲击力峰值支座反力冲击力平台值落锤冲击高度试件长度落锤质量弯矩静力下钢管混凝土截面抗弯强度冲击下钢管混凝土截面抗弯强度轴压比柱极限承载能力冲击时间VIII止厶以风E&风E．五血A石五^，昂风氏日上拗M帆行礼硒万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文钢

2、管厚度落锤撞击时刻速度构件截面含钢率(a=A；／A。)应变混凝土应变钢材断裂初始时应变值钢材断裂应变柱子长细比混凝土泊松比钢材泊松比钢管混凝土约束效应系数(劓函伪缸)混凝土密度钢材密度应力混凝土应力动力荷载下混凝土应力主应力(i=l，2，3)Mises应力(o．m=((砚．Q)2+(Q一回)2+(毋．∞)2)o·5／205)名义应力钢材应力动力荷载下钢材应力挠度极限挠度IX，％口占岛钰研z胁从f风盯吼l芋研％‰瓯氏4岛万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文1。1研究背景1．1．1中空夹层钢管混凝土结构第

3、一章绪论中空夹层钢管混凝土(Concrete．filleddoubleskinsteeltubes，CFDST)是在实心钢管混凝土的基础上，用内钢管代替核心混凝土的新型组合结构。目前，中空夹层钢管混凝土有很多截面形式，主要有圆套圆中空夹层钢管混凝土、圆套方中空夹层钢管混凝土、方套方中空夹层钢管混凝土、方套圆中空夹层钢管混凝土等，如图1．1所示：钢管O囵囵图．1．1中空夹层钢管混凝土主要结构形式Fig．．1—1ThemajorstmctureofConcrete·filleddoubleskinsteel

4、tubes由于圆形相对于方形、矩形钢管混凝土来说，局部不易发生屈曲，有着先天的优越性，所以本文在这里主要进行了圆中空夹层钢管混凝土的讨论。而目前圆中空夹层钢管混凝土用于研究的形态分为两种，圆形中空夹层钢管混凝土锥管、圆形中空夹层钢管混凝土直管，如图1．2，当∥角为90’时，为圆形中空夹层钢管混凝土直管，当∥角不为90。时，为圆形中空夹层钢管混凝土锥管。2．2图1．2圆中空夹层钢管混凝土管Fig．1-2Circleconcrete-filleddoubleskinsteeltubes1@=IO万方数据太原

5、理工大学硕士研究生学位论文相对于实心钢管混凝土，圆中空夹层钢管混凝土除了继承实心钢管混凝土，拥有较好的塑形和韧性，良好的抗腐蚀性和良好的耐火性，施工方便和性价比高等优点的同时，拥有一系列新优点，如自重较小、抗震性能好、抗弯刚度大、抗火性能更好等。表现方面具体如下：(1)由于中空夹层钢管混凝土由空心钢管代替核心混凝土，能大大节省混凝土用量，减轻结构自重，不仅降低了工程造价，而且方便工程安装。同时对于相同截面的实心钢管混凝土而言，其承载力并没有明显下降，总体上性价比较高。(2)由于钢管内存在混凝土，发生火灾

6、时，相比于纯钢结构，钢管混凝土结构由于内部有混凝土存在，而混凝土的抗火性能较好，能为钢管提供有效的支撑，防止火灾时结构迅速破坏，能提高结构的抗火性能。(3)由于中空夹层钢管混凝土是空心的，相比实心钢管混凝土而言整体刚度较小，地震时，作为支撑结构的中空夹层钢管混凝土柱承受的水平地震力较小，能提高建筑物的抗震性能。1．1．2中空夹层钢管混凝土结构应用中空夹层钢管混凝土的研究时间尚短，目前还没有大规模应用。相较而言，日本在中空夹层钢管混凝土方面应用较早，上世纪日本已经在高架桥结构中运用此项技术，由于高架桥桥墩

7、要求的长细比一般很大，这就要求桥墩要有较大的截面来满足长细比的要求，从而导致混凝土的用量增加，相反，如果改用中空夹层钢管混凝土，不但抗弯刚度没有削弱，而且节约了核心混凝土的用量，取得了良好的经济效果。虽然中空夹层钢管混凝土结构应用较少，但我国也有应用，且成绩卓注，如大猫山岛输电塔，是由我国自主研发，采用新型的中空夹层钢管混凝土结构，独立搭建而成，输电塔高约370m，为历史最高输电塔，充分体现了中空夹层钢管各方面的优越性，挑战了新高度。2万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文1．1．3结构遭受撞击图1-3

8、大猫山岛输电塔Fig．1-3TheIslandofBigCattransmissiontowers构件在工作期间，除了遭受各种恒载、活载、和地震荷载以外，还可能遭受意外撞击。随着社会经济的的发展，越来越多的高架桥出现在城市中，随之产生的高架桥墩受汽车撞击事件也不断发生，据统计北京的百分之五十以上的高架桥桥墩都遭受过超高车辆的撞击(陆新征等，2011)【11，同时轮船撞击大桥桥墩，飞机撞击建筑物的情况也时有发生，如2011年万吨大船撞击武汉长