• ISSN 0258-2724
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钢管混凝土柱在冲击荷载作用下的损伤评估方法

王路明 刘艳辉 朱文凯 何庭君 康翔杰

王路明, 刘艳辉, 朱文凯, 何庭君, 康翔杰. 钢管混凝土柱在冲击荷载作用下的损伤评估方法[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(4): 796-803, 819. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20181037
引用本文: 王路明, 刘艳辉, 朱文凯, 何庭君, 康翔杰. 钢管混凝土柱在冲击荷载作用下的损伤评估方法[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(4): 796-803, 819. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20181037
WANG Luming, LIU Yanhui, ZHU Wenkai, HE Tingjun, KANG Xiangjie. Damage Assessment Method for Concrete-Filled Steel Tubular Columns under Impact Loading[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(4): 796-803, 819. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20181037
Citation: WANG Luming, LIU Yanhui, ZHU Wenkai, HE Tingjun, KANG Xiangjie. Damage Assessment Method for Concrete-Filled Steel Tubular Columns under Impact Loading[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(4): 796-803, 819. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20181037

钢管混凝土柱在冲击荷载作用下的损伤评估方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20181037
基金项目: 国家自然科学基金(51378427);国家重点研发计划子课题(2016YFC0802205-9)
详细信息
    作者简介:

    王路明(1991—),男,博士研究生,研究方向为结构工程,E-mail:lmwangswjtu@outlook.com

    通讯作者:

    刘艳辉(1969—),女,副教授,博士,研究方向为结构工程,E-mail:yhliu@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TU311.3

Damage Assessment Method for Concrete-Filled Steel Tubular Columns under Impact Loading

  • 摘要: 为了建立侧向冲击荷载作用下钢管混凝土柱的损伤评估方法,以钢管混凝土柱近支座落锤冲击试验为基础,结合数值模拟和理论分析,研究预加轴力、冲击体质量及冲击速度对钢管混凝土柱损伤程度的影响. 选取冲击体质量和速度作为损伤评估主控变量,建立基于剩余承载力的损伤评估指标D的计算式,并划分损伤评估等级. 以典型钢管混凝土结构柱为例,通过仿真试算拟合其损伤评估曲线,并建立损伤评估的图解方法. 研究结果表明:冲击体质量和速度对钢管混凝土柱损伤程度的影响显著,预加轴力的影响呈现出变异性;D=0.3,0.5,0.7时的损伤评估曲线将坐标平面划分为4个面域,分别代表钢管混凝土柱发生轻度损伤、中度损伤、重度损伤及破坏失效;根据冲击体质量和速度的组合点与损伤评估曲线的位置关系,可以快速判定钢管混凝土柱的损伤程度.

     

  • 图 1  试件CFST构造示意

    Figure 1.  Sketch of the CFST specimen

    图 2  落锤冲击试验装置

    Figure 2.  Device of drop weight tests

    图 3  试件时程曲线对比

    Figure 3.  Comparisons of time history curves

    图 4  落锤冲击过程

    Figure 4.  Processes of drop weight tests

    图 5  CFST试件有限元模型

    Figure 5.  Finite element model of the CFST specimen

    图 6  仿真结果与试验结果对比

    Figure 6.  Comparisons between simulation and test results

    图 7  不同参数下CFST构件的损伤形态

    Figure 7.  Damage patterns under different parameters of CFST

    图 8  CFST柱损伤评估曲线

    Figure 8.  Damage assessment curve of the CFST column

    表  1  CFST试件冲击工况

    Table  1.   Impact conditions of CFST specimens

    试件编号钢管壁厚/mm冲击高度/m冲击速度/(m•s−1初始动能/J预加轴力/kN
    GK1 2.0 3.0 7.67 7 938 0
    GK2 2.0 5.0 9.90 13 230 0
    GK3 2.0 7.0 11.71 18 522 0
    GK4 3.5 5.0 9.90 13 230 0
    GK5 3.5 5.0 9.90 13 230 200
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    表  2  不同参数下CFST构件的仿真结果

    Table  2.   Simulation results of CFST members with different parameters

    工况钢管壁
    厚/mm
    冲击体
    质量/kg
    冲击高
    度/m
    预加轴
    力/kN
    冲击力
    峰值/kN
    最大挠度
    $\delta_{\max} $/mm
    支座转角/(°)
    最大值最小值
    A1 3.5 270 6.0 0 545 38.5 11.0 3.0
    A2 3.5 270 6.0 200 554 37.4 11.0 3.0
    A3 3.5 270 6.0 500 557 37.3 11.0 3.0
    B1 2.0 270 3.0 200 344 31.2 9.0 3.0
    B2 2.0 270 5.0 200 427 51.1 14.0 4.0
    B3 2.0 270 7.0 200 443
    C1 2.0 100 5.0 200 414 18.2 5.0 1.0
    C2 2.0 200 5.0 200 422 37.3 11.0 3.0
    C3 2.0 300 5.0 200 427 55.4 15.0 5.0
     注:L为冲击点到支座的距离,L = 200 mm 时,支座转角取最大值;L = 700 mm 时,支座转角取最小值.
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    表  3  CFST柱损伤评估等级

    Table  3.   Damage assessment levels of CFST columns

    取值(0,0.3](0.3,0.5](0.5,0.7](0.7,1.0]
    评估等级轻度
    损伤
    中度
    损伤
    重度
    损伤
    破坏
    失效
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    表  4  典型CFST柱设计参数

    Table  4.   Design parameters of the typical CFST column

    参数有效长度/mm钢管壁厚/mm钢管外径/mm预加轴力/kN混凝土强度/MPa钢材强度/MPa长细比
    取值9002.011420043.453203.81
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-12-18
  • 修回日期:  2019-02-28
  • 网络出版日期:  2020-03-23
  • 刊出日期:  2020-08-01

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