冲击荷载作用下冷弯T形方钢管加强节点力学性能研究

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近年来,恐怖袭击、火灾、爆炸等极端灾害造成结构严重损伤或倒塌的事故时有发生,工程结构在正常使用过程中所面临的安全威胁更加严重,而在此类极端灾害发生时,冲击荷载经常是结构发生严重受损的重要原因,相关人员对工程结构的抗冲击性能评估和设计问题开始越来越重视。  钢管结构广泛应用于建筑结构、桥梁结构和海洋平台等各类工程中。对钢结构构筑物而言,节点的安全性是不能忽视的。一旦节点失效,相连杆件将部分或全部丧失承载能力,可能造成荷载传递路径改变,引发结构体系局部破坏,以至于整个体系连续性破坏的灾难性结果。另外,钢管结构节点本身形状比较比较复杂,相贯部位的变化不连续,焊缝处也可能存在一定缺陷。钢管结构能否获得优良的抗冲击性能,绝大程度上决定于管节点的抗冲击能力。有关研究主要针对热轧钢管结构,随着冷弯钢管在工程中的广泛应用,冷弯管结构的抗冲击性能也亟需研究。本文采用湖南大学高性能落锤试验机对冷弯T形方管普通节点和加强节点进行抗冲击试验,在验证模型准确的基础上,采用有限元软件Abaqus/Explicit建立轴力作用下T形方管加强节点和未加强节点的抗冲击非线性有限元模型。研究的主要内容包括:  (1)进行普通节点和加强节点的抗冲击试验,确定节点动态破坏模式;研究受力过程中节点变形、承载力、能量耗散等与所加加强方式的关系,并对两种节点破坏的异同点进行比较,揭示抗冲击性能指标的变化发展规律。  (2)运用有限元软件 ABAQUS/Explicit建立冷弯管节点的数值分析模型,对试验节点经行有限元研究,揭示轴力作用下T形节点受侧向冲击时的抗冲击工作机理,通过对节点各参数的分析,进行轴力作用下管节点的抗冲击机理和性能研究,了解其承载力的影响因素和变化规律。  (3)基于能量理论和塑性铰线方法,得到管节点局部屈曲时的等效冲击力评估该类节点的冲击承载力。初步分析局部变形和整体变形的耦合关系,通过能量耗散与冲击动能的关系以及节点变形计算公式,提出加强节点轴力下抗冲击性能的评估方法。
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