哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
摘要
钢管混凝土是将混凝土填充到钢管中而形成的一种组合构件，这种结构具有
承载力高、塑性韧性好以及施工方便等优点，因此被广泛用于高层、超高层建筑
和公共基础设施等重要结构。在钢管混凝土结构服役期内，由于受天气、自然灾
害、设备损伤、人为操作不当、恐怖袭击等因素影响，结构可能受到横向冲击载
荷的作用。结构在遭受单次撞击时可能会发生巨大破坏甚至倒塌，但也可能遭受
多次非破坏性撞击，引起累积性损伤，最后导致严重的破坏。
目前对于钢管混凝土抗冲击性能的研究主要集中在轴向冲击或单次侧向冲击
下的柱构件上，而关于多次侧向冲击对钢管混凝土柱的动态响应研究较少。因此
本文对钢管混凝土柱在反复侧向冲击作用下的抗冲击变形性能进行了研究，完成
了反复侧向冲击试验和有限元模型参数分析。本文主要内容及结论如下：
（1）开展了9根钢管混凝土试件的反复撞击试验，试验条件为两端简支、反
复冲击试件跨中。通过试验研究了不同冲击速度对不同壁厚方钢管混凝土反复冲
击变形性能的影响。分析了此类构件在不同冲击速度下的反复冲击过程、破坏模
式、冲击力时程曲线、位移变形等动态响应的规律。试验结果表明，在特定的冲
击速度下，随着侧向撞击次数增加，钢管混凝土的新增塑性变形逐渐减小，部分
构件新增位移逐渐减小到零、达到伪安定状态。增加钢管的壁厚可以提高钢管混
凝土抵抗冲击变形的能力，但增加壁厚与提高抗冲击次数并不是线性关系。
（2）采用ABAQUS软件建立了方钢管混凝土在低速反复冲击荷载作用下的
有限元分析模型。该模型考虑了材料几何非线性、材料应变率效应与混凝土塑性
损伤、各部件之间的相互作用等影响因素。通过与反复冲击荷载下钢管混凝土的
试验结果对比发现，冲击力模拟值与试验值偏差在10%以内，前10次位移偏差在
20%以内，10次以后位移偏差在10%以内。结果表明本文建立的有限元模型能够
较精确模拟出冲击力、试件断裂和伪安定状态，为后续的参数分析奠定基础。
（3）提高钢管强度、钢管壁厚（即截面含钢率）、截面尺寸和两端边界约束，
冲击试件时冲击力会变大，冲击力持续时间变短，构件冲击整体变形减小，并且
需要更少的冲击次数就可以达到更小的伪安定位移。而混凝土强度对试件冲击力
和变形影响较小，混凝土强度越高，需要越多的冲击次数才可达到伪安定状态。
当冲击位置越靠近支座时，冲击力会增大，变形会减小，达到伪安定状态的冲击
次数会减小。减小冲击速度和冲击质量时，试件达到的伪安定时，伪安定的位移
和所需要的冲击次数也会减小。
I
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
（4）基于影响模型伪安定参数分析结果回归分析，提出了多次侧向冲击下
方钢管混凝土伪安定冲击次数简化计算公式，该公式考虑了钢管强度、钢管壁厚
（即截面含钢率）、混凝土强度、截面尺寸、冲击速度、冲击质量、冲击位置以
及边界条件的影响。简化计算公式具有较高的准确性，适用于常用设计参数。
关键词:钢管混凝土；反复冲击；变形；伪安定
II
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
Abstract
Concrete-filledsteeltube(CFST)isacompositestructureformedbyfillingconcrete
intosteeltubes.Thistypeofstructureoffersadvantagessuchashighload-bearing
capacity,goodplasticityandtoughness,andconvenientconstruction.Asaresult,itis
widelyusedinimportantstructuressuchashigh-riseandsuper-high-risebuildings,as
wellas