| 【中文题名】 | 钢管混凝土在冲击荷载作用下实验研究和有限元分析 |
| 【英文题名】 | Experimental Research and Finite Element Analysis of Concrete Filled Steel Tubes under Impact Load |
| 【学科专业】 | 结构工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-9-27 |
| 【中关键词】 | 冲击荷载,钢管混凝土,霍普金森杆,轻气炮,应变率,动态增大系数 |
| 【英关键词】 | Impact load,Concrete filled steel tube,Split Hopkinson pressure bar,Light gas gun,Strain rate,Dynamic increase factor,LS_DYNA, |
| 【分类导航】 | 工业技术>建筑科学>建筑结构>组合结构>其他组合结构> |
| 【论文摘要】 |
钢管混凝土具有很多优良的性能并在工程上得到了广泛的应用,然而对钢管混凝土抗冲击性能的研究仍处于探索阶段。为此本文从实验和数值模拟两方面对钢管混凝土抗冲击性能进行了研究,以了解钢管混凝土在冲击荷载下的基本性能,并探讨研究钢管混凝土抗冲击性能的各种方法。
本文首先介绍了分离式霍普金森杆实验装置及其基本原理,并用74mm杆径的变截面霍普金森杆对外径为50mm的钢管混凝土试件进行了三组气压下的冲击实验,同时进行了两组气压下的素混凝土冲击实验用于动态力学性能对比。实验发现混凝土在冲击荷载作用下完全粉碎,而钢管混凝土加载后形状保持较好,将混凝土的脆性破坏转变为了塑性破坏。实验测得了各个试件的动态平均应力应变曲线,并由此得到了它们的平均应变率、动态抗压强度、峰值应变、残余强度和割线刚度等基本力学性能数据。实验测得了钢管混凝土的动态增大系数,通过将钢管和混凝土两部分动态承载力的叠加,在已有研究的基础上得到了钢管混凝土动态增大系数计算公式。测得了钢管混凝土钢管中部的应变,在一定假设的基础上根据钢管的应变计算得到了钢管对混凝土的最大约束应力。
由于霍普金森杆实验试件高径比以及加载能量受到了较大限制,本文... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
5-6 |
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Abstract |
6-15 |
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第1章 绪论 |
15-24 |
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1.1 钢管混凝土结构 |
15-17 |
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1.1.1 钢管混凝土简介 |
15-16 |
|
1.1.2 约束钢管混凝土 |
16 |
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1.1.3 钢管混凝土的应用 |
16-17 |
|
1.2 国内外相关研究现状 |
17-21 |
|
1.2.1 动态性能研究实验设备 |
17-19 |
|
1.2.2 混凝土动态力学性能研究 |
19-20 |
|
1.2.3 钢管混凝土力学性能研究 |
20-21 |
|
1.3 研究背景 |
21-22 |
|
1.4 本文主要研究内容 |
22-24 |
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第2章 霍普金森杆实验装置及原理 |
24-32 |
|
2.1 SHPB 实验装置 |
24-26 |
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2.1.1 压杆系统 |
24-25 |
|
2.1.2 测量系统 |
25-26 |
|
2.1.3 数据采集系统 |
26 |
|
2.2 SHPB 实验基本原理 |
26-29 |
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2.2.1 SHPB实验基本假设 |
26-27 |
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2.2.2 SHPB实验基本方程推导 |
27-29 |
|
2.3 SHPB 实验方法存在的问题 |
29-31 |
|
2.3.1 弥散效应影响 |
29 |
|
2.3.2 应力均匀性影响 |
29-30 |
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2.3.3 加载波形影响 |
30 |
|
2.3.4 摩擦效应影响 |
30-31 |
|
2.3.5 波动效应影响 |
31 |
|
2.4 本章小结 |
31-32 |
|
第3章 SHPB 钢管混凝土实验 |
32-48 |
|
3.1 试件准备 |
32-33 |
|
3.2 实验概况 |
33-34 |
|
3.2.1 垫块对实验的影响 |
33 |
|
3.2.2 实验内容 |
33-34 |
|
3.3 实验结果与分析 |
34-47 |
|
3.3.1 试件破坏情况 |
34-37 |
|
3.3.2 CFT试件与混凝土试件的平均应力应变曲线 |
37-38 |
|
3.3.3 CFT试件与混凝土试件实验结果对比 |
38-40 |
|
3.3.4 动力增大系数 |
40-42 |
|
3.3.5 CFT试件钢管应变和钢管约束应力 |
42-46 |
|
3.3.6 CFT试件承受多次冲击荷载的能力 |
46-47 |
|
3.4 本章小结 |
47-48 |
|
第4章 钢管混凝土轻气炮高速冲击实验 |
48-61 |
|
4.1 试件 |
48-50 |
|
4.1.1 试件设计 |
48-49 |
|
4.1.2 材料特性 |
49-50 |
|
4.2 轻气炮实验装置 |
50-51 |
|
4.3 实验装置标定 |
51-52 |
|
4.4 实验结果 |
52-59 |
|
4.4.1 静力实验结果 |
52-53 |
|
4.4.2 冲击实验参数汇总 |
53 |
|
4.4.3 试件破坏情况 |
53-54 |
|
4.4.4 钢管应变随时间历程的响应 |
54-57 |
|
4.4.5 纤维约束的影响 |
57-58 |
|
4.4.6 轴向承载力动力增大系数及应变率相关性 |
58-59 |
|
4.5 本章小结 |
59-61 |
|
第5章 轻气炮冲击实验数值模拟 |
61-76 |
|
5.1 通用有限元程序LS_DYNA 介绍 |
61-64 |
|
5.1.1 LS_DYNA计算程序的发展与功能 |
61-62 |
|
5.1.2 LS_DYNA程序算法 |
62-64 |
|
5.2 有限元模型建立 |
64-66 |
|
5.2.1 单元选取 |
64 |
|
5.2.2 几何建模与网格划分 |
64-65 |
|
5.2.3 界面接触处理 |
65-66 |
|
5.3 材料模型 |
66-69 |
|
5.3.1 混凝土材料模型 |
66-69 |
|
5.3.2 其它材料模型 |
69 |
|
5.4 数值模拟结果 |
69-74 |
|
5.4.1 应力波的传播 |
69-70 |
|
5.4.2 钢管应变随时间历程的响应 |
70-71 |
|
5.4.3 冲击力时程曲线 |
71-72 |
|
5.4.4 碳纤维约束模拟 |
72-73 |
|
5.4.5 钢管壁厚的影响 |
73-74 |
|
5.5 本章小结 |
74-76 |
|
结论 |
76-79 |
|
参考文献 |
79-83 |
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附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录) |
83-84 |
|
致谢 |
84 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.123914 |
