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约束高强钢柱受火后轴压剩余承载力试验研究

建筑结构学报 2020年第8期41卷 79-86页

作者：李国强宋林昕缪嘉荣同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院上海200092 广州市设计院广东广州510620

设计了3根截面尺寸、长度均相同的Q550高强度钢柱,其中两根受到轴向约束,并对其进行了恒载作用下升温、降温的受火全过程试验,以及自然降温至室温后的轴压剩余承载力试验,对未受火的钢柱进行了常温下的极限承载力试验。研究了高温试验... 详细信息

设计了3根截面尺寸、长度均相同的Q550高强度钢柱,其中两根受到轴向约束,并对其进行了恒载作用下升温、降温的受火全过程试验,以及自然降温至室温后的轴压剩余承载力试验,对未受火的钢柱进行了常温下的极限承载力试验。研究了高温试验中钢柱的轴向位移-温度和中点侧向挠度-温度关系、极限承载力试验中钢柱的轴力-轴向位移和轴力-柱中点侧向挠度关系,并进行了有限元模拟。试验以及有限元模拟分析显示,若约束钢柱在高温过程中发生屈曲,则降温后钢柱会有明显的残余弯曲变形,并且柱中截面会产生比初始残余应力更为显著的残余应力,从而显著降低钢柱的剩余承载力和轴向刚度。试验结果与有限元分析结果吻合较好,验证了有限元分析模型的有效性。

关键词：高强钢柱轴向约束高温试验极限承载力试验剩余承载力

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Q460高强钢柱在近爆荷载作用下的动力响应研究

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振动与冲击 2022年第3期41卷 107-114,147页

作者：张秀华张唯佳张宇东北林业大学土木工程学院哈尔滨150040 齐齐哈尔大学建筑与土木工程学院黑龙江齐齐哈尔161003

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立钢柱有限元模型,运用流固耦合计算方法,模拟Q460高强钢柱在爆炸荷载作用下的动力响应,在此基础上提出了分段等效三角波计算方法对结构/构件施加爆炸荷载,并对影响钢柱动力响应的主要因素进行数值分析... 详细信息

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立钢柱有限元模型,运用流固耦合计算方法,模拟Q460高强钢柱在爆炸荷载作用下的动力响应,在此基础上提出了分段等效三角波计算方法对结构/构件施加爆炸荷载,并对影响钢柱动力响应的主要因素进行数值分析。结果表明:分段等效三角波计算方法和流固耦合方法计算吻合较好,验证了分段等效三角波计算方法的可行性;爆炸冲击波速度快,荷载峰值大,持续时间短,对钢柱的破坏力极强;钢材强度等级越大,钢柱抵抗变形的能力越强;炸药位置越低,柱脚越容易发生剪切破坏;翼缘作为迎爆面更能抵抗爆炸冲击的作用;适当减小翼缘和腹板的宽厚比能增强钢柱抵抗动力荷载的能力。提出的分段等效三角波计算方法为研究抗爆提供进一步参考。

关键词：高强钢柱爆炸荷载分段等效三角波动力响应数值分析

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低周反复荷载作用下高强钢柱有限元分析

低温建筑技术 2019年第2期41卷 64-66页

作者：李嘉杰广东电网发展研究院有限责任公司广州510062

文中在试验研究的基础上运用有限元软件对Q690箱型与H形截面的高强钢柱进行建模分析,通过对比数值模拟结果与试验结果,研究高强钢柱在低周反复荷载作用下的滞回性能。结果表明有限元模拟的试件破坏现象与试验观察到的现象一致,均为柱底... 详细信息

文中在试验研究的基础上运用有限元软件对Q690箱型与H形截面的高强钢柱进行建模分析,通过对比数值模拟结果与试验结果,研究高强钢柱在低周反复荷载作用下的滞回性能。结果表明有限元模拟的试件破坏现象与试验观察到的现象一致,均为柱底出现板件局部屈曲,形成塑性铰,导致试件承载力下降至失效,但有限元模拟的试件承载力比试验得到的试件承载力要高。

关键词：高强钢柱低周反复试验滞回性能

爆炸荷载作用下高强H型钢柱的动力响应及稳定性研究

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爆炸荷载作用下高强H型钢柱的动力响应及稳定性研究

作者：张宇东北林业大学

学位级别：硕士

近些年,随着经济的迅速发展,爆炸荷载引起的建筑损害以及人员伤亡已屡见不鲜,给人们带来巨大的损失和不可预知的灾难。钢结构广泛的应用在建筑结构中,而随着建筑材料的要求不断提高以及建筑轻质高强的发展趋势,高强钢材也逐渐运用到了... 详细信息

近些年,随着经济的迅速发展,爆炸荷载引起的建筑损害以及人员伤亡已屡见不鲜,给人们带来巨大的损失和不可预知的灾难。钢结构广泛的应用在建筑结构中,而随着建筑材料的要求不断提高以及建筑轻质高强的发展趋势,高强钢材也逐渐运用到了建筑结构中。由于爆炸荷载的荷载峰值高,持续时间短,而塑性比较好的钢材有着显著优势,柱子作为主要承重部件在结构抗爆中起着举足轻重的作用。因此研究高强钢柱在爆炸荷载作用下的动力响应具有重要的理论和实际意义。本文采用显式动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA中流固耦合的方法来模拟TNT炸药在空中爆炸时冲击波的传播特性。提出一种将TNT炸药爆炸冲击波超压以线荷载的形式沿柱高作用于钢柱上的数值模拟方法,将不同压力峰值和不同持续时间的爆炸荷载分别作用于钢结构柱的不同位置上,来研究钢柱的动力响应和破坏形式。运用流固耦合和施加等效三角波的方法分析爆炸荷载作用下不同工况的钢结构柱的响应及破坏模式分析。通过分析得出组合H型截面高强钢柱在爆炸荷载作用下动力响应的影响因素,并找出主要影响因素,为钢结构抗爆分析及设计提供参考依据。本文运用LS-DYNA进行了大量的数值模拟,对冲击波的传播规律和高强钢柱在爆炸荷载作用下的动力响应进行的分析,主要得出以下结论：(1)大型有限元分析软件LS-DYNA在选取合适的有限元模型、材料模型和计算参数下能真实准确的模拟爆炸冲击波传播及钢柱的动力响应。(2)爆炸冲击波的传播是一个速度很大,荷载峰值大但持时很短的过程。比例距离越小,冲击波传播速度越快。它能在柱周围形成绕流,从而对钢柱产生破坏。比例距离不同,冲击波峰值和冲量的大小沿柱高变化不同,在柱脚处会发生冲击波反射而使压力增加。而且冲击波峰值到达时间也从炸药高度向柱两端逐渐增大。(3)轴压比对钢柱变形及破坏的影响较为明显,较大的竖向荷载会加大钢柱在爆炸荷载作用下的变形和破坏程度。而在钢柱上部约束程度较强时,轴压比的影响迅速减弱,提高柱子的约束程度能有效的防止钢柱的变形及破坏。(4)近距离地面爆炸,炸药位置低更容易使柱脚发生破坏,而炸药位置越高则对钢柱的抗弯不利。相同的比例距离下,长细比越大,钢柱的位移越大,钢柱越不稳定。在抗爆设计中,可以用减小翼缘宽度而增加腹板宽度的方法来更好的抵抗爆炸冲击波对柱脚的剪切破坏。

关键词：高强钢柱爆炸荷载动力响应数值分析破坏模式

轴压与偏压状态下高强钢轴向约束柱受火后剩余承载力试验研究

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土木工程学报 2023年

作者：宋林昕李国强同济大学土木工程学院福州大学土木工程学院同济大学土木工程防灾国家重点实验室

设计了10根截面尺寸与长度均相同的高强钢柱，根据钢柱受力状态分为轴心受压与偏心受压2组。在每组5根试件的试验中，1根钢柱不受火，在室温下加载直至失效，以得到其未受火的极限承载力；另外4根钢柱受到轴向约束，在恒载作用下先升温... 详细信息

设计了10根截面尺寸与长度均相同的高强钢柱，根据钢柱受力状态分为轴心受压与偏心受压2组。在每组5根试件的试验中，1根钢柱不受火，在室温下加载直至失效，以得到其未受火的极限承载力；另外4根钢柱受到轴向约束，在恒载作用下先升温至设计温度后再在空气中自然冷却至室温，最后在室温下加载直至失效，以得到其受火后的极限承载力（剩余承载力）。通过试验得到了高强钢轴向约束柱的火灾响应与受火后响应，并对试验进行了数值模拟。结果表明：高强钢轴向约束柱在高温下发生整体屈曲后，其侧向挠曲迅速发展，受火后仍有很大的残余弯曲变形，大幅降低其受火后剩余承载力；在同一条件下，高强钢轴向约束柱受火后剩余承载力的折减程度随着偏心距的增大而减小；有限元模型可较好地模拟高强钢轴向约束柱的恒载升降温全过程响应与高温后响应。

关键词：高强钢柱轴向约束偏心受压受火后剩余承载力试验研究