导管架海洋平台处在一个复杂恶劣的海洋环境中,在冬季冰封期间的海冰载荷对平台造成了严重的威胁,而承受冰荷载的主要构件是导管架海洋平台结构中的导管腿,导管腿的抗冰能力对于整个结构的安全性和稳定性是极为重要的。为了保证导管腿在冰荷载的冲击作用下能够不发生严重失效,本文提出一种新型的中空夹层金属管混凝土导管腿构件,此构件能够提高整个导管架海洋平台受到冰荷载冲击作用时的抗冲击性能,增加平台结构的可靠性与安全性。中空夹层钢管混凝土是在传统钢管混凝土基础上进一步发展而来,内钢管代替部分混凝土而形成的一种性能更加优异的组合构件。这种构件具有承载能力高、抗弯刚度大、侧向变形小等优点,适于用作导管架海洋平台结构中的导管腿,这一位置在服役期间不可避免地会遭受到来自冰荷载的冲击作用,将会影响到整个平台的可靠性与安全性。因此,构件遭受冲击后引起的动力响应问题应该引起重视。本文借助于理论分析与试验研究的方法,研究圆套圆中空夹层钢管混凝土在横向冲击荷载作用下的抗冲击性能,同时提出中空夹层不锈钢管混凝土组合构件和中空夹层铝合金管混凝土组合构件作为新型中空夹层金属管混凝土组合构件,与传统中空夹层钢管混凝土组合构件的主要区别在于外钢管分别采用不锈钢和铝合金材质代替,对比新型中空夹层金属管混凝土组合构件与中空夹层钢管混凝土组合构件在抗冲击性能方面的差异性。主要研究内容如下:(1)利用重力式落锤冲击试验机进行了中空夹层金属管混凝土组合构件在横向冲击荷载下的动力响应试验,试验采用单次冲击和连续冲击两种方式,主要研究了组合构件受到冲击后的受力和破坏模态,其中连续冲击是冲击高度和冲击质量皆不变多次连续冲击构件,直至构件破坏,小能量多次冲击也是衡量构件承受冲击抗力的重要指标,同时与空管金属构件抗冲击试验结果进行对比分析。试验结果表明,中空夹层金属管混凝土组合构件在横向冲击荷载作用下塑性变形发展充分,抗冲击性能较好;不锈钢组合构件在单次冲击下承受的极限能量最高,在同一能量多次冲击下承受的加载次数最多,综合来看不锈钢组合构件的抗冲击性能更加优异。(2)利用有限元ABAQUS软件,模拟两端固支中空夹层金属管混凝土组合构件遭受低速横向冲击荷载的全过程动力响应,数值模拟分析中充分考虑了应变率效应、接触属性、边界条件等因素,计算得到相关的数据曲线,并与试验结果相对比,验证了有限元模型的准确性。(3)基于有限元分析模型,进行横向冲击荷载作用下中空夹层金属管混凝土组合构件的工作机理分析,对影响构件抗冲击性能的其他参数进行了参数分析,包括混凝土强度、长细比、边界条件、不同截面形式的钢管混凝土、内外管径比等。参数分析的结果表明,长细比和边界条件对中空夹层金属管混凝土组合构件的抗冲击性能影响最为显著,中空夹层金属管混凝土组合构件的内外管径比不应大于0.8,构件此时空心率达到84.4%,组合构件抗冲击性能下降。