Page 174 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 樊元帅，等： 压弯与撞击耦合作用后圆端形钢管混凝土柱的剩余力学性能 第 7 期

应力超过混凝土的动态抗拉强度时，受拉区混凝 M=Ne Impact loading
土材料发生损伤，进而产生弯曲裂缝。由图 13
可知，受拉侧应力集中区域与弯曲裂缝产生区域
具有较好的一致性。图中红色矢量的长度反映 1 (0, 1)
了最大主应变的大小，开裂方向与箭头方向垂
直。结果表明，最大塑性应变主要集中于混凝土 N/N u
受撞击部位，说明该区域的混凝土发生明显损
n 0
伤。此外，受拉区也存在最大塑性应变分布，表
(1, 0)
明受拉侧出现了弯曲裂缝。对比试件 L-0.1-0.5-7 0 M/M u 1
与 L-0.3-0.5-7 可以发现，随着轴压比的增大，试
图 14 N-M 曲线
件内部混凝土裂缝区域沿试件长度方向扩大了
Fig. 14 N-M interaction curve
56.2%。这是由于钢管混凝土压弯构件的轴向
力 N 与弯矩 M 之间存在如图 14 所示的关系：当轴压比 n 小于临界轴压比 n 时，柱以受弯作用为主，其
0
抗弯性能随轴压比的增大而提升，图中 M 和 u N 分别为构件的受弯承载力和轴心受压承载力。当轴压
u
比 n 大于临界轴压比 n 时，抗弯性能则随轴压比的增大而下降，抗撞性能也随之下降。
0
3.5 参数分析
在验证有限元模型可靠性的基础上，对撞击与偏压耦合作用后圆端形钢管混凝土柱的剩余承载力
开展参数分析，共设计了 144 个撞击模型和撞后剩余承载力模型，重点分析长宽比 l/w、撞击速度 v、轴压
比 n、偏心率 2e/l 和含钢率 α 对圆端形钢管混凝土压弯柱撞后残余挠度 Δ g,re s 和剩余承载力 N 的影响。
r
试件参数的具体取值体现在命名方式中：试样编号中 a、b 和 c 代表试件截面长宽比为 2，2.5 和 3；n0、
n1、n2、n3 和 n4 表示试件轴压比分别为 0、0.1、0.2、0.3 和 0.4；e0、e1、e2、e3 和 e4 代表试件偏心率分别
为 0、0.1、0.2、0.3 和 0.4；α8 和 α12 表示试件含钢率分别为 8% 和 12%；v6、v8、v10 和 v12 代表试件撞击
速度分别为 6、8、10 和 12 m/s。横截面的宽度 w 和试件的长度 L 分别保持为 200 mm 和 3 000 mm，通过
调整截面长度 l 控制试件的长宽比；刚性撞击物的质量保持 1 000 kg 不变；根据 GB 50 936－2014 [31] 设置
含钢率 α 分别为 8% 和 12%。不同因素对试件撞击后残余变形和剩余承载力的影响如图 14 所示。
图 15(a) 给出了撞击速度对撞后残余挠度 Δ s 和剩余承载力 N 的影响。随着撞击速度的提高，撞
r
g,re
后残余挠度呈显著增大趋势，剩余承载力减小了 27.2%～37.7%。图 15(b) 和 (c) 中分别考虑了不同轴压
比和偏心率对试件 Δ g,re s 和 N 的影响。以 a-v8-e2-α8 系列为例，当轴压比从 0 增大到 0.4 时，Δ g,re s 增大了
r
118.2%，N 下降了 9.2%。此外，偏心率对试件 Δ s 和 N 的影响较显著，随着偏心率从 0 增大到 0.4，
r
r
g,re
Δ g,re s 增大了 5.8%～55.2%，N 下降了 28.9%～35.1%。
r
2.8 240 2.8 240

Δ g.res
N r
Δ g.res
N r
a-n0-e0-α8 a-v6-e0-α8
a-n0-e2-α8 a-v8-e0-α8
2.4 a-n2-e0-α8 180 2.4 a-v6-e2-α8
a-n4-e0-α8 a-v8-e2-α8 160
N r /MN 2.0 120 Δ g.res /mm N r /MN 2.0 Δ g.res /mm
80
1.6 60 1.6

1.2 0 1.2 0
6 8 10 12 0 0.1 0.2 0.3 0.4
−1
v/(m·s ) n
(a) Impact velocity (b) Axial compression ratio
3.0 150 6 140
Δ Δ
8- 2-α8 10- 0- 0-α8
6- 2-α8 073901-9 10- 2- 2-α8 112
10- 2-α8 8- 0- 2-α8
2.4 10- 0-α8 100 8- 2- 2-α8
4 84

1.8 Δ 3 56 Δ
50

2 28
1.2
0 1 0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 2.0 2.5 3.0
2

2.4 150
Δ
10- 2- 2
8- 2- 2
8- 4- 2
2.0 10- 0- 2 100

Δ
1.6 50

1.2 0
6 10 12
α