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動力荷載下材料力學性能相關(guān)課題研究現(xiàn)狀

(1)空鋼管結(jié)構(gòu):
鋼管結(jié)構(gòu)在各種工程結(jié)構(gòu)中應用廣泛,對其在橫向沖擊作用下研究已經(jīng)有一些成果。Jones和Birch(1992b)總結(jié)了之前的一些理論和試驗研究結(jié)果,其中理論研究通常采用剛塑性模型進行計算,并且通常假定荷載為準靜態(tài),按照靜力荷載進行計算。
Jones和Birch(1992a)進行了兩端固定圓管受楔形體側(cè)向沖擊的試驗研究,共進行了130根構(gòu)件的試驗,沖擊部位分別位于跨中、四分之一跨和支座附近。試驗發(fā)現(xiàn)鋼管構(gòu)件撞擊過程中的變形可分為三個階段,局部褶皺變形階段、局部褶皺和整體彎曲階段和回彈階段。試驗最終的破壞形態(tài)分為四種形式:支座內(nèi)部截面剪切滑移、支座延性斷裂、沖擊位置剪切滑移和支座底部表面屈曲。試驗數(shù)據(jù)表明構(gòu)件最終變形大小與沖擊能量幾乎呈線性關(guān)系。之后Jones和Shen(1992b)

空鋼管結(jié)構(gòu)-沖擊

建立了上述試驗的理論分析模型,建立了準靜態(tài)、理想剛塑性的分析模型,忽沖擊荷載下結(jié)構(gòu)力學性能。
總結(jié)了之前對鋼管結(jié)構(gòu)靜力和動力作用的研究成果,發(fā)現(xiàn)尚未有對軸力和沖擊耦合作用下鋼管的性能研究。使用有限元軟件ABAQUS研究了軸力作用對鋼管動力特性的影響。數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)軸力作用對構(gòu)件的動力特性、破壞程度和穩(wěn)定性均有影響。
將圓鋼管結(jié)構(gòu)視為搭在兩端可變形圓環(huán)之上的一系列梁。并將鋼管遭受沖擊過程的結(jié)構(gòu)抗力分為兩部分,一部分為沿鋼管截面的圓環(huán)抗力,另一部分為沿鋼管軸向的梁抗力。之后使用理想剛塑性方法和有限元方法研究了構(gòu)件的抗力大小。

動力荷載下材料力學性能相關(guān)課題研究現(xiàn)狀:
目前對材料和結(jié)構(gòu)在沖擊等動力荷載下的力學性能已經(jīng)有了很多研究。如對鋼材和混凝土材料在快速加載下的動力強度和變形特性的研究;對鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在沖擊荷載下的力學性能的研究等。一些研究者也已經(jīng)對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在沖擊荷載下的力學性能開展了試驗和理論研究。相關(guān)課題研究現(xiàn)狀如下。
動力荷載下材料力學性能:
在撞擊等動力荷載作用下材料的力學性能表現(xiàn)出與靜力加載下不同的特點。對于結(jié)構(gòu)工程中常用的兩種材料鋼材和混凝土材料來說,應變率對材料力學性能的影響是不可忽略的。

(1)鋼材
鋼材在快速加載下的典型單軸受拉應力(σs)-應變(εs)關(guān)系曲線如圖1.3所示(Jones,1997)。可以看出快速加載下鋼材表現(xiàn)出很多不同于靜力下的特點,如:鋼材的屈服下限和屈服上限隨應變率提高而提高,其中屈服下限的提高尤其明顯;鋼材屈服平臺及強化段的應力水平也隨著應變率提高而提高,但提高程度隨著應變強化的發(fā)展而逐漸減弱。


 
(2)混凝土受壓
與鋼材類似,混凝土在快速加載下也表現(xiàn)出與靜力下不同的力學性能。目前這方面已經(jīng)有了很多研究。Bischoff和Perry(1991)總結(jié)了上世紀初至80年代末混凝土動力抗壓性能研究方面的主要成果,其中部分試驗結(jié)果如圖1.4所示,可以看出,混凝土抗壓強度隨著應變率的提高明顯提高。

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