【摘 要】
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钢管节点因外形简洁美观、经济效益好而被广泛应用在体育场、桥梁、展览馆及海洋平台等大型结构中。近年来,由于地震、爆炸、操作失误等偶然事件引起的碰撞常有发生,对管结构造成了不同程度的损伤,严重影响结构整体的安全性。目前,国内外学者多以钢管节点的静力性能、抗冲击承载能力及静力损伤后的残余承载能力开展试验及有限元研究,对钢管节点在遭受冲击荷载后的残余承载能力及破坏模式鲜有针对性的研究。本文对遭受冲击荷载的
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钢管节点因外形简洁美观、经济效益好而被广泛应用在体育场、桥梁、展览馆及海洋平台等大型结构中。近年来,由于地震、爆炸、操作失误等偶然事件引起的碰撞常有发生,对管结构造成了不同程度的损伤,严重影响结构整体的安全性。目前,国内外学者多以钢管节点的静力性能、抗冲击承载能力及静力损伤后的残余承载能力开展试验及有限元研究,对钢管节点在遭受冲击荷载后的残余承载能力及破坏模式鲜有针对性的研究。本文对遭受冲击荷载的T型管节点的残余承载力进行了非线性有限元分析,主要分为以下工作:(1)选用ABAQUS有限元软件进行分析,采用Bao-Wierzbicki损伤准则模拟钢材的损伤演化,并与T型方钢管节点轴压试验及冲击试验的荷载—位移曲线、冲击力—时程曲线及破坏模式进行了对比。数值分析结果与轴压试验试件的承载力误差在10%以内,变异系数为0.024,在冲击力、位移—时程曲线的稳定阶段,数值分析曲线与试验曲线接近重合,较为准确地模拟了方钢管节点在承受支管轴向压力和冲击荷载时的结构响应,可以对遭受冲击荷载的T型管节点进行非线性有限元分析。(2)创建了 40个有限元模型,对冲击后节点的破坏模式进行了分析。研究发现此类冲击作用对节点的损伤集中在主管两侧腹板的上部,节点通过腹板的鼓曲及相贯处的局部凹陷来吸收冲击能量,上翼缘凹陷所耗散的冲击能量比较有限。同时,冲击造成的跨中截面压缩变形非常明显,腹板出现波浪形局部鼓曲,但就整体而言,冲击对试件破坏模式的改变并不大。(3)将数值模拟得到的荷载—位移曲线,冲击力、位移—时程曲线按特征分为三个阶段,分别描述了曲线的特征和规律。对于支主管管径比(β≥0.8)较大的试件,支管对主管的平面内约束和支撑作用要强于较小支主管管径比(β<0.8)的试件,因而在冲击过程中造成的凹陷值也愈小,节点对冲击的敏感性较低。(4)定义节点极限残余承载力系数ψ为受撞节点与对比试件的极限承载力比值,对其变化规律进行了分析。发现预加支管轴力与ψ值呈明显的负相关,而较大的支管轴力整体上会加剧ψ值的降低,当施加的支管轴力为对比试件极限承载力的80%时,试件极限残余承载力较对比试件平均下降了 47.17%;不同参数下冲击能量对ψ值的影响性较预加支管轴力要弱,冲击作用使试件极限残余承载力较对比试件平均降低了 30.61%,随着冲击能量的提高,ψ值线性减小;试件的β值、主管管径与ψ值呈明显的正相关,增加其中任一值均能显著提高节点的残余极限承载力。
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