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内置工字形CFRP型材的圆钢管混凝土柱抗侧向冲击性能研究

刘旭 李帼昌 李晓

刘旭, 李帼昌, 李晓. 内置工字形CFRP型材的圆钢管混凝土柱抗侧向冲击性能研究[J]. 钢结构(中英文), 2023, 38(7): 12-21. doi: 10.13206/j.gjgS23030801
引用本文: 刘旭, 李帼昌, 李晓. 内置工字形CFRP型材的圆钢管混凝土柱抗侧向冲击性能研究[J]. 钢结构(中英文), 2023, 38(7): 12-21. doi: 10.13206/j.gjgS23030801
Xu Liu, Guochang Li, Xiao Li. Research on Lateral Impact Resistance of Concrete-Filled Circular Steel Tubular Columns Stiffened with Encased with I-Section CFRP Profile[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2023, 38(7): 12-21. doi: 10.13206/j.gjgS23030801
Citation: Xu Liu, Guochang Li, Xiao Li. Research on Lateral Impact Resistance of Concrete-Filled Circular Steel Tubular Columns Stiffened with Encased with I-Section CFRP Profile[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2023, 38(7): 12-21. doi: 10.13206/j.gjgS23030801

内置工字形CFRP型材的圆钢管混凝土柱抗侧向冲击性能研究

doi: 10.13206/j.gjgS23030801
基金项目: 

国家自然科学基金项目(51938009,51878419)

详细信息
    作者简介:

    刘旭,男,1996年出生,硕士研究生。Email:304833740@qq.com

Research on Lateral Impact Resistance of Concrete-Filled Circular Steel Tubular Columns Stiffened with Encased with I-Section CFRP Profile

  • 摘要: 钢管混凝土构件及其衍生的各种新型组合构件具有优异的力学性能和施工性能,被广泛应用于桥梁和建筑结构;将CFRP型材内置于钢管混凝土构件,提高了钢管混凝土构件承载力,降低了截面尺寸,其在桥梁以及高层建筑中具有较大的应用前景。但由于车辆与桥梁结构或建筑物之间的碰撞事故频发,建筑物和桥梁一旦破坏将对人类生活和基础设施系统造成灾难性后果,因此,研究该类构件的抗冲击性能尤为重要。然而现行设计规范对这类构件的冲击设计一般采用等效静力分析方法,这种方法忽略了真正的影响过程。因此,采用有限元分析软件ABAQUS揭示内置工字形CFRP型材圆钢管混凝土柱在侧向冲击作用下的动力响应。首先建立轴力与冲击耦合的内置CFRP型材圆钢管混凝土柱模型,并且基于现有的试验数据对其准确性进行验证;然后基于验证后的有限元分析模型获取的冲击力、位移、应力以及应变揭示侧向冲击作用下内置工字形CFRP型材圆钢管混凝土柱的破坏机理。在此基础上,探究了CFRP型材配置率、冲击速度、轴压比、长细比、含钢率、冲击方向等参数对内置CFRP型材的钢管混凝土构件抗冲击性能的影响。最后,探究了轴力与冲击耦合作用下内置CFRP型材圆钢管混凝土柱的耗能机制。研究结果表明:与普通钢管混凝土柱相比,内置工字形CFRP型材的圆钢管混凝土柱的侧向抗冲击性能显著提高,为充分发挥工字形CFRP型材利用率,建议工字形CFRP型材配置率在6.2%~7.4%之间;通过分析轴压比对其影响,发现轴压比低于0.5时,轴力加强了内置工字形CFRP型材圆钢管混凝土柱的抗侧向冲击能力;轴压比高于0.5时,轴力削弱了内置工字形CFRP型材圆钢管混凝土柱的抗侧向冲击能力;相同冲击速度下,内置工字形CFRP型材圆钢管混凝土柱的强轴方向的抗冲击性能要优于弱轴冲击方向,当冲击速度较大时,其对冲击荷载作用下的内置工字形CFRP型材圆钢管混凝土柱的弱轴方向的变形影响越大。钢管的塑性耗能是内置工字形CFRP型材圆钢管混凝土柱的主要耗能方式,虽然内置CFRP型材耗散的能量占总冲击能量的比例较小,但其提高了内置工字形CFRP型材圆钢管混凝土柱的抗变形能力。
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  • 收稿日期:  2023-03-08

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