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钢管混凝土结构在各种加载条件下表现出众多的优势,所以被广泛地应用于各多高层及超高层建筑中。但是在服役期间,钢管混凝土结构不仅承受正常的设计荷载,而且还可能承受意外的冲击偶然荷载。因此,开展钢管混凝土结构在冲击荷载下的连续倒塌分析方法的研究,具有深远的意义。 另外,材料的力学性能作为结构分析研究的基础。在进行有限元模型分析时,材料的参数取值将与模型计算结果的准确性直接性关联。由于材料的断裂应变又与其应力状态相关,因此在材料的失效模型中引入了三轴应力度参量。Q345结构钢被广泛应用于中国钢结构建筑,在本文作为典型的低合金钢进行了试验研究。在钢结构中,通常连接时使用焊接形式,并且该构造过程可能将显著地改变材料的性质。因此,在试验中也研究了对接焊缝的热影响区(HAZ)材料的性能。 基于重庆市基础与前沿研究计划重点项目“组合框架结构的落层冲击多米诺倒塌机理研究”(项目号:cstc2015jcyjBX0024),主要开展了两方面的研究: ①通过ABAQUS采用多尺度建模方式建立了五层三跨的钢管混凝土组合平面框架。通过单一变量控制法和正交试验方法分析,主要以失效柱顶部节点竖向位移、失效柱相邻柱的轴力为分析指标,对此进行了采用直接模拟法(DS法)的抗连续倒塌分析,同时与拆除构件法(AP法)进行了比较。AP法简化考虑结构关键构件破坏的过程;DS法针对具体的冲击荷载工况进行分析。结果表明AP法不能准确地反映钢管混凝土框架结构在冲击荷载下的抗连续倒塌性能。此外,通过参数分析为冲击荷载作用下钢管混凝土结构的抗连续倒塌设计提供了建议。 ②采用由对接焊接Q345钢板里抽取的母材和HAZ材料制作而成的缺口圆棒试件,考虑不同三轴应力度进行了一系列静态试验。同时所有试验均通过数字图像相关法(DIC)技术获得全程的应力分布。最后得到了Q345钢材及HAZ材料的J-C本构模型及J-C断裂准则模型中各个参数,为Q345焊接结构的有限元数值分析提供材料基础数据。 本文的创新点: ①首次通过直接模拟法进行了组合平面框架多尺度模型在冲击荷载作用下的连续倒塌分析。 ②首次通过正交试验法对冲击荷载进行组合从而有效地代表全面的组合。 ③首次通过非接触技术得到Q345焊接钢板母材和HAZ材料的本构及断裂模型参数。