轴压比对钢管混凝土柱抗爆性能的影响研究

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世界范围内的局部战争、国际恐怖主义活动以及民用易燃易爆品的意外爆炸事故时有发生,不断威胁着人们的生命和财产安全,因此如何提高建筑结构的防爆抗爆性能,已经成为一项重要而现实的课题。钢管混凝土柱具有承载力高、塑性和韧性好、施工方便等特点,已在工程实际中得到广泛应用;现阶段对于其抗爆性能的研究基本以数值模拟为主,很少有试验研究;并且在理论分析方面,几乎都将其作为抗弯构件来研究;而真实结构中的框架柱则是压弯构件,因此研究轴压比对钢管混凝土柱抗爆性能的影响具有工程实际意义。本文采用理论分析方法对轴压比作用下钢管混凝土柱的抗爆性能进行分析,主要研究工作和成果如下:(1)基于三参数统一强度理论,采用钢管混凝土统一理论的思想,通过约束均匀系数和有效约束系数将正多边形截面转化为圆截面进行分析,建立了适用于不同截面形式的钢管混凝土轴压短柱极限承载力统一计算公式,与相关文献的试验结果进行了计算对比,验证了其正确性,并对影响因素进行分析。(2)基于广义单自由度理论,通过定义质量、荷载和抗力系数,提出了考虑轴压比的等效单自由度简化分析方法;根据假设的形状函数,推导了该等效单自由度体系的特征参数,得到轴压比对体系的刚度和最大抗力具有削弱作用。(3)利用文献中的试验结果,对所建立的考虑轴压比的等效单自由度体系理论进行了对比验证,通过影响因素分析发现:可采取增大含钢率、减小长径比或提高钢材强度的措施来减小轴压比对钢管混凝土柱抗爆性能的削弱作用;最后,给出了抗爆柱的破坏位移、轴压比限值以及剩余轴压承载力定义和计算公式,对于构件的抗爆设计具有一定的实用价值。
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