內(nèi)填砂卵石薄壁方鋼管柱抗側(cè)向沖擊性能及剩余承載力試驗研究.pdf

1、內(nèi)填砂卵石薄壁方鋼管柱充分發(fā)揮了鋼管和砂卵石兩種材料的特性，使其不僅可以增強(qiáng)薄壁空心鋼管柱的穩(wěn)定性能，而且還能彌補鋼管混凝土柱在一定使用年限后難以節(jié)能環(huán)保、重復(fù)利用的不足。近年來，隨著這類組合柱不斷得到工程領(lǐng)域的重視，將會被用作結(jié)構(gòu)物中的柱等主要承重構(gòu)件，但在結(jié)構(gòu)安裝及服役期間，不可避免地會遭受各種意外荷載的撞擊。結(jié)構(gòu)在撞擊荷載作用下會出現(xiàn)不同程度的損傷，嚴(yán)重時則會引起結(jié)構(gòu)的整體倒塌，無論產(chǎn)生哪種變形模態(tài)，均必然導(dǎo)致該類構(gòu)件承載力下降，

2、甚至喪失承載能力。因此，為了進(jìn)一步及時推廣該類構(gòu)件的工程應(yīng)用，開展內(nèi)填砂卵石薄壁方鋼管柱在側(cè)向沖擊荷載作用下基本力學(xué)性能及其剩余承載力的試驗研究，對結(jié)構(gòu)在沖擊荷載下變形、損傷破壞以及沖擊后剩余承載力的研究有著十分重要的應(yīng)用背景。本文對內(nèi)填砂卵石薄壁方鋼管柱在側(cè)向沖擊荷載作用下的動力響應(yīng)過程及沖擊后剩余承載力進(jìn)行了試驗研究。論文的主要工作與結(jié)果如下：
　　1.針對薄壁空方鋼管柱、內(nèi)填砂卵石薄壁方鋼管柱和薄壁鋼管混凝土柱這三種試件進(jìn)行

3、沖擊力和破壞模式定性分析。在沖擊荷載作用下，這三種試件的沖擊力平臺值依次增大，且薄壁鋼管混凝土柱的沖擊力平臺值是薄壁空方鋼管柱的3~4倍，內(nèi)填砂卵石薄壁方鋼管柱的2~3倍。薄壁空方鋼管柱破壞模式以局部破壞為主，并伴有一定的整體彎曲變形；內(nèi)填砂卵石薄壁方鋼管柱試件在沖擊接觸區(qū)域附近產(chǎn)生局部變形，最大整體撓度值在2mm內(nèi)；而薄壁鋼管混凝土柱只產(chǎn)生較小的變形，且并不明顯，基本不影響結(jié)構(gòu)整體受力。
　　2.以壓實系數(shù)（0、81％、86%、

4、92%）和長細(xì)比（14.5、29.1、38.8、43.6、58.2）為主要變化參數(shù)，利用自主設(shè)計的一套簡易落錘沖擊裝置對24根內(nèi)填砂卵石薄壁方鋼管柱在側(cè)向沖擊荷載作用下的力學(xué)性能進(jìn)行了試驗研究。試驗重點獲得了沖擊力時程曲線和變形程度。隨著壓實系數(shù)增大，沖擊力平臺值越大，整體變形約束作用越明顯，產(chǎn)生的塑性鉸就越小，塑性鉸消耗的能量就越少，進(jìn)而內(nèi)填砂卵石消耗的能量就越多，但作用時間減小，延性相對減弱。而在沖擊荷載作用下，長細(xì)比對試件破壞形態(tài)

5、的影響程度比壓實系數(shù)較大，中長柱破壞變形形態(tài)主要為局部變形與整體變形耦合。另外，長細(xì)比參數(shù)對試件的沖擊力峰值、平臺值和作用時間均有顯著影響，長細(xì)比越大，平臺值越小，作用時間越大，但長細(xì)比超過43.6的試件其變化不明顯。
　　3.在壓力試驗機(jī)上分別完成24根沖擊后的損傷試件和16根對比完好試件（無損傷原試件）的豎向靜力荷載試驗。試驗中獲得了荷載值與軸向位移、跨中和1/6等高處側(cè)向位移及應(yīng)變值，觀察了試件破壞形態(tài)。所有完好試件的破壞形