近距离爆炸作用下工字形截面钢柱荷载分布与动态响应数值模拟研究

作为钢结构中主要承重构件的钢柱,其在近距离爆炸作用下的荷载分布和动态响应,尤其是入射角对钢柱爆炸荷载和动态响应的影响规律等方面研究较为匮乏。为此,采用LS-DYNA有限元分析软件,研究近距离爆炸作用下工字形截面钢柱在不同入射角下的爆炸荷载分布和动态响应。结果表明:当冲击波加载于钢柱截面强轴时,翼缘板爆炸荷载受稀疏波效应影响显著,与无限大反射面的相比,其反射冲量下降10%~50%;近距离爆炸工况下稀疏波传播速度远大于现行抗爆设计规范中所假设的环境声速,表明环境声速假设在近距离爆炸工况下并不适用;在弱轴加载工况下,稀疏波效应并不明显,由于冲击波在截面内发生多次反射,延长了其正相持时,因而腹板上的峰值冲量反而高于无限大反射面条件下的峰值冲量;当入射角小于同时通过迎爆侧翼缘板边缘点与工字形截面形心的入射角时,冲击波的主要作用区域为两翼缘板与腹板所围内凹区域,其爆炸荷载和腹板局部变形在入射角为30°时达到最大值,两个半翼缘板呈向外张开态势,且张开幅度随入射角的增大而减小;而当入射角大于同时通过迎爆侧翼缘板边缘点与工字形截面形心的入射角时,冲击波则主要作用于迎爆侧翼缘板,其爆炸荷载和整体挠度在入射角为90°时达到最大值,两个半翼缘板向内闭合,且闭合幅度随入射角的增大而增大。

大宽厚比对称填板双角钢十形组合构件轴压试验与设计方法对比

对于扭转长细比大于弯曲长细比的大宽厚比对称填板双角钢十形组合构件而言,各规范采用不同方法来计算其稳定系数,填板的构造规定也有所不同,有必要结合试验实测数据,检验不同方法的计算精度和填板构造方式对承载力的影响。为此,进行了2类对称填板,共32个双角钢十形组合试件的轴压试验,得到了试件的应变、极限载荷等。试件横截面各测点应变差异较大,且破坏后轴线明显弯曲,该现象表明,虽然各试件的扭转长细比明显大于弯曲长细比,但所有试件最终发生了弯曲失稳。根据试件实测结果检验了不同设计方法的稳定系数计算精度,结果表明：扭转长细比大于弯曲长细比或试件两端之间仅有1个填板时,试件均表现出了良好的承载能力;按GB 50017—2003《钢结构设计规范》中扭转长细比确定的稳定系数远低于研究所得的试件实测值,而弯曲长细比对应的稳定系数与试验的实测值很接近;大多短角钢填板双角钢十形组合试件的轴向承载力略高于焊接填板试件,但前者的造价较低,推荐使用。