钢结构具有材质均匀、塑性韧性好、可靠性高、便于机械化制造和施工安装方便等优势。随着钢结构在我国建筑工程领域的广泛应用,其稳定性和安全性也得到了广泛关注。钢梁和钢柱作为钢结构的主要组成部分,其在遭受动荷载作用时可能产生大变形或者垮塌而使建筑物丧失承载能力。在钢结构承受动荷载作用的同时,其本身往往正承受正常的设计荷载,如自重,楼面活荷载等。然而,处于服役期的钢结构动力响应问题一直少有研究。因此,对预加荷载作用下钢梁、钢柱的冲击动力响应研究有十分鲜明的工程背景。本文通过试验、数值模拟等手段研究预加荷载作用下钢梁、I型钢柱承受集中冲击荷载下的动力响应问题和垮塌行为。其主要内容体现在以下三个方面:(1)应用自行研制的弯矩加载装置进行了不同预加载作用下固支梁的冲击试验。基于高速相机记录所得瞬态响应和试件最终变形的比较,研究了在不同的弯矩类型作用下,试件横向冲击动力行为。试验研究表明,钢梁结构的动力响应强烈依赖于初始动能和预加弯矩的类型。试件跨中位移随着弯矩类型的不同而改变。(2)基于通用有限元程序ABAQUS,对预加弯矩作用下固支梁的动力响应进行的数值模拟。应用数据转移技术实现了先加载后冲击的数值分析过程,并通过与试验数据的对比,验证了数值模拟的正确性。分析了不同工况下沿梁跨度各截面中弯矩的变化规律,并结合其塑性耗能特点,讨论了试件变形过程中的塑性铰的变化与移动规律。数值模拟表明,当预加负向弯矩的固支梁试件受到冲击时,其撞击点的位移最大,撞击点处塑性变形是主要的耗能方式;当预加正向弯矩时,其固定端处发生较大塑性转动,梁根部转动是主要耗能形式;当预加等值异号弯矩时,由于撞击点弯矩值为零,其撞击点位移同无预加载的固支梁接近,但是左右固定端处发生了不同程度的塑性转动,固支梁左右两半跨之间的变形和耗能将不再对称。(3)基于通用有限元程序ABAQUS,对轴力和预加弯矩共同作用下的I型钢柱冲击响应及垮塌行为进行了模拟分析。数值模拟结果表明,在相同轴力条件下,存在负向弯矩试件的垮塌临界速度比其他试件的垮塌临界速度略微降低,即对钢柱施加负向荷载降低了其稳定性;存在正向弯矩试件的垮塌临界速度比其他试件的垮塌临界速度略微提高,也就是说对钢柱施加正向荷载提高了其耐撞性。在相同弯矩条件下,随着轴力的增加,试件的垮塌临界速度明显下降,轴力是影响钢柱耐撞性和稳定性的主要因素,弯矩作用是其临界垮塌速度的次要因素。本文凭借试验和数值模拟两种研究手段,对预加载作用下的钢梁和钢柱结构进行了响应机制和垮塌行为的分析,为深入理解服役环境下钢梁、钢柱结构的冲击动力行为提供了技术支持,并为优化设计和理论评估此类结构形式奠定了基础。