鋼梁-柱落錘沖擊實驗及數(shù)值模擬分析.pdf

1、近些年，鋼結構的優(yōu)點得到了廣泛認可，在土木工程界的應用也越來越多，這在一定程度上促進了相關設計理論、學術研究的不斷發(fā)展，其抗爆、抗沖擊研究更是成為熱點。在設計使用年限內(nèi)，除常規(guī)設計荷載外，鋼結構往往還遭受到意外的爆炸、撞擊等偶然荷載，因此必須使其具有相應抵抗能力。鋼梁、柱等作為主要承重構件，受到撞擊時的動力響應是首先需要解決的問題，并且可以為進一步設計計算提供基礎。本文對工字型截面梁-柱構件受落錘撞擊作用時的動力響應進行研究分析，主要包

2、括落錘沖擊實驗、有限元模擬及等效單自由度模型應用。
　　落錘沖擊實驗中采用圓柱型螺旋壓縮彈簧施加軸力，采用高速攝像機記錄構件變形過程，利用動態(tài)信號采集系統(tǒng)采集應變等數(shù)據(jù)。實驗研究表明:兩端簡支工字型梁-柱構件在受到中點橫向撞擊作用時不僅會發(fā)生平面內(nèi)的彎曲變形，還會出現(xiàn)平面外的彎扭變形，且腹板局部屈曲是彎扭變形的誘因;總體來說彎曲變形及彎扭變形會隨著軸力、撞擊速度的增大而增大，但一定范圍內(nèi)的軸力、撞擊速度會減小彎扭變形;構件軸力變化

3、與軸向變形及彈簧剛度有關，采用剛度較小的壓縮彈簧施加軸向荷載是可行的。
　　利用通用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA對實驗結果做了有限元模擬，通過變形過程、最終位移及應變數(shù)據(jù)的比較，發(fā)現(xiàn)二者具有較好的相符性，說明利用有限元數(shù)值模擬的方法研究平面外彎扭屈曲是可行的。以此為基礎，進一步分析接觸面摩擦力、軸力、落錘質(zhì)量、撞擊速度、邊界約束條件等對彎扭變形的影響;并借助有限元模擬驗證單自由度模型數(shù)值計算的正確性。
　　利用有限元

4、軟件可以對受撞擊作用構件的動力響應進行精確研究分析，但其操作過程復雜，理論要求較高，而利用動力學中常用的單自由度模型求解動力響應正好與此相反。本文利用極限荷載理論判斷超靜定構件塑性鉸的形成順序，進而根據(jù)材料力學方法得出各階段變形曲線，結合哈密頓原理等動力學方法推導得出兩端帶轉動約束梁-柱構件的運動微分方程及其系數(shù)表達式。采用線加速度法進行運動方程數(shù)值計算，為了合理地考慮應變率效應，本文按照塑性鉸定長分布假定，根據(jù)塑性鉸轉過的角度計算塑性