八边形中空夹层钢管混凝土柱承载力统一解及抗爆性能研究

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近年来,爆炸事件时有发生,威胁着人们生命安全、建筑结构安全以及社会安定,为了减小爆炸带来的损害,当前学者们研究方向之一便是建筑结构构件的抗爆性能,钢管混凝土抗爆性较好,而八边形中空夹层钢管混凝土柱为其中一种截面形式,它由方中空夹层钢管混凝土柱发展而来,通过增设斜边减小了应力集中的现象,具有便于连接、承载力较高、刚度较大等优点。但当前对于八边形中空夹层钢管混凝土柱的研究以静力性能为主,针对其动力性能方面的研究较少,本文以八边形中空夹层钢管混凝土柱为研究对象,研究了轴压承载力的计算方法和爆炸作用下的动力响应,主要的工作内容及结论如下:(1)针对八边形中空夹层钢管混凝土柱的受力机理划分截面。采用统一强度理论,根据面积等效的原则将约束不均匀约束八边形钢管转化为具有均匀约束的圆钢管,考虑核心混凝土所受侧向约束力,提出八边形中空夹层钢管混凝土短柱轴压承载力公式,分析内钢管形状、长细比、偏心距对承载力的影响,推导出承载力扩展公式,与试验结果对比,所推公式具有较高精度,最后进行参数影响分析。(2)基于钢管混凝土统一理论,给出八边形中空夹层钢管混凝土柱组合强度与组合弹性模量的计算公式。根据截面特点,将受压区钢管混凝土视为整体,推导出塑性极限弯矩。考虑爆炸荷载的特点并简化为单调递减的线性函数,利用等效单自由度法,引入材料动力强度增大系数,求得八边形中空夹层钢管混凝土柱在爆炸荷载作用下的最大动位移理论解。(3)利用Hypermesh与LS-DYNA软件,采用流固耦合法加载爆炸荷载,使用验证过的建模方法对爆炸荷载作用下的八边形中空夹层钢管混凝土柱动力响应进行联合数值模拟。分析了两端固定的柱在爆炸荷载下的有效应力应变与跨中位移。通过改变模型的材料强度等级、外钢管形状、比例距离等参数,以柱中最大位移为标准,研究了这些参数对八边形中空夹层钢管混凝土柱抗爆性能的影响。
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