考虑球冠形脱空影响的圆钢管混凝土柱抗侧向冲击性能分析

朱维军; 沈奇罕; 王静峰; 胡子明

doi:10.13969/j.jzgjgjz.20230918001

建筑钢结构进展 ›› 2025, Vol. 27 ›› Issue (02) : 21 -33. DOI: 10.13969/j.jzgjgjz.20230918001

考虑球冠形脱空影响的圆钢管混凝土柱抗侧向冲击性能分析

朱维军, 沈奇罕, 王静峰, 胡子明

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摘要

近年来，钢管混凝土作为城市高架、跨河桥梁的墩柱，常受到车辆、船舶等机械冲击灾害的影响，这是导致其结构损伤、破坏甚至严重倒塌的最主要原因之一。而实际中钢管混凝土结构由于材料、施工、环境等因素影响，普遍存在脱空缺陷问题，但目前尚缺乏关于带脱空缺陷钢管混凝土抗侧向冲击性能的研究报道。为此，建立了考虑球冠形脱空特征的圆钢管混凝土柱抗侧向冲击有限元分析模型，系统分析了脱空率、脱空方位、冲击速度、冲击质量、边界条件、轴压比、径厚比等参数对冲击力(包括峰值F_m和等效值F_eq)、挠度变形（包括最大值δ_m和残余值δ_r）与能量吸收（E_a）的影响规律，揭示了侧向冲击作用下带球冠形脱空圆钢管混凝土柱的典型破坏模式，明确了在侧向冲击全过程下考虑脱空影响的冲击时程特征曲线、冲击力全过程扩散机理、钢-混凝土接触行为。结果表明，带球冠形脱空缺陷的圆钢管混凝土柱在侧向冲击作用下的破坏模式仍表现为整体挠度变形，但其钢管局部凹陷程度与脱空率呈正相关。随着脱空率的增大，构件的F_eq、F_m和E_a逐渐减小，但δ_m和δ_r逐渐增大。