带随机分布脱空缺陷的钢管混凝土结构冲击性能模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种带随机分布脱空缺陷的钢管混凝土结构冲击性能模拟方法，包括：建立带随机分布脱空缺陷的钢管混凝土实体模型；利用静力学计算方式对钢管混凝土实体模型轴力加载阶段进行静力学非线性历程计算，得到静力计算结果；利用动力学计算方式对钢管混凝土实体模型冲击荷载加载阶段进行动力学非线性历程计算，得到冲击力历程计算结果以及冲击荷载作用全过程中模型变形状态的历程动画；对比实际测量的钢管混凝土冲击力历程结果与通过非线性历程计算方法得到的冲击力历程计算结果，以评价模拟结果。该方法有利于精确模拟带随机分布脱空缺陷的钢管混凝土结构在轴力与冲击荷载耦合作用下的受力过程，进而精细化评价实际带缺陷结构抗冲击性能。带缺陷结构抗冲击性能。带缺陷结构抗冲击性能。

【技术实现步骤摘要】
带随机分布脱空缺陷的钢管混凝土结构冲击性能模拟方法


[0001]本专利技术属于结构安全领域，具体涉及一种带随机分布脱空缺陷的钢管混凝土结构冲击性能模拟方法。

技术介绍

[0002]受混凝土浇筑工艺、养护时混凝土收缩和冷缩、运营时日照和季节温差以及混凝土后期收缩等因素影响，实际工程中的钢管混凝土结构往往存在脱空缺陷，使结构存在安全隐患。在动载、腐蚀、高温等条件下，钢管混凝土内部脱空缺陷可能会引发结构损伤。在由恐怖袭击、汽车或船舶撞击等引起的冲击极端荷载作用下，甚至会引发结构倒塌，造成人员严重伤亡和经济重大损失。对带脱空缺陷的钢管混凝土结构冲击性能进行精确的数值模拟，是评估其极端荷载作用下结构安全性的重要手段。
[0003]然而，目前对于带脱空缺陷的钢管混凝土结构的模拟方法都采用理想化的脱空缺陷均匀分布假设，或在结构某些位置预设几个局部缺陷的形式，难以反映实际工程中的脱空缺陷随机分布的真实情况，会导致对实际钢管混凝土抗冲击性能评估的不准确，从而引起安全事故。具体而言，采用均匀脱空模型模拟带脱空缺陷的钢管混凝土结构存在以下两种问题：(1)均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带随机分布脱空缺陷的钢管混凝土结构冲击性能模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：建立带随机分布脱空缺陷的钢管混凝土实体模型，包括带轴向随机分布脱空缺陷的钢管混凝土模型和带径向随机分布脱空缺陷的钢管混凝土模型；步骤S2：利用静力学计算方式对所述带随机分布脱空缺陷的钢管混凝土实体模型轴力加载阶段进行静力学非线性历程计算，其中钢管与混凝土的接触利用单元节点相对位移判定，得到静力计算结果；步骤S3：利用动力学计算方式对所述带随机分布脱空缺陷的钢管混凝土实体模型冲击荷载加载阶段进行动力学非线性历程计算，其中钢管与混凝土的接触利用单元节点动压力判定，得到冲击力历程计算结果，以及冲击荷载作用全过程中模型变形状态的历程动画；步骤S4：对比实际测量的钢管混凝土冲击力历程结果与通过非线性历程计算方法得到的冲击力历程计算结果，以评价模拟结果。2.根据权利要求1所述的带随机分布脱空缺陷的钢管混凝土结构冲击性能模拟方法，其特征在于，所述带轴向随机分布脱空缺陷的钢管混凝土模型采用随机草图边线法构建，所述带径向随机分布脱空缺陷的钢管混凝土模型采用随机偏移混凝土实体法构建。3.根据权利要求2所述的带随机分布脱空缺陷的钢管混凝土结构冲击性能模拟方法，其特征在于，所述步骤S1中，建立带轴向随机分布脱空缺陷的钢管混凝土模型的具体方法为：步骤S111：根据设计管径，以草图原点为中心，利用平面草图绘制钢管截面形状；并利用拉伸平面草图方式，拉伸钢管平面草图，形成钢管实体模型；步骤S112：根据设计混凝土尺寸，以草图原点为中心，利用多段线绘制混凝土纵截面平面草图；并利用旋转平面草图方式，旋转混凝土截面平面草图，形成混凝土实体模型，其中混凝土草图轴向边线上各节点(X
i
,Y
i
)的分布如下式所示：其中，X
i
是混凝土轴向边线上各节点横坐标；R是钢管内半径；d
c
为混凝土最大脱空距离，取混凝土表面到钢管内壁的最大距离；Y
i
是混凝土轴向边线上各节点纵坐标；L是钢管混凝土长度；步骤S113：装配混凝土实体模型与钢管实体模型，形成带轴向随机分布脱空缺陷的钢管混凝土模型。4.根据权利要求2所述的带随机分布脱空缺陷的钢管混凝土结构冲击性能模拟方法，其特征在于，所述步骤S1中，建立带径向随机分布脱空缺陷的钢管混凝土模型的具体方法为：步骤S121：根据设计管径，以草图原点为中心，利用平面草图绘制钢管截面形状，并利用拉伸平面草图方式，拉伸钢管平面草图，形成钢管实体模型；步骤S122：根据设计混凝土尺寸，以草图原点为中心，利用平面草图绘制混凝土截面形状，并利用拉伸平面草图方式，拉伸混凝土平面草图，形成混凝土实体模型，其中混凝土半径R
n
的取值如下式所示：R
n
＝R
‑
d
c
其中，R
n
是所述带径向随机分布脱空缺陷的钢管混凝土模型的混凝土实体半径；R是钢管内半径；d
c
为混凝土最大脱空距离，取混凝土表面到钢管内壁的最大距离；步骤S123：装配钢管实体模型与混凝土实体模型，并复制多个混凝土实体模型，然后以模型底面圆心(X0,Y0)为基准点，平移复制的混凝土实体，使得平移后基准点(X
i
,Y
i
)的分布如下式所示：其中，X0为平移基准点的横坐标；Y0为平移基准点的横坐标；X
i
为平移后基准点的横坐标；Y
i
为平移后基准点的横坐标；步骤S124：采用布尔运算对所有混凝土实体模型进行相交合并，从而形成带径向随机分布脱空缺陷的钢管混凝土模型。5.根据权利要求1所述的带随机分布脱空缺陷的钢管混凝土结构冲击性能模拟方法，其特征在于，所述步骤S2中，进行静力学非线性历程计算时，使用静力材料本构和静力学计算方法计算钢管混凝土试件施加轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖飞宇，戴佩家，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：发明
国别省市：