小剪跨比RC柱及钢管增强RC柱多次冲击的响应行为

陈林; 周戴江; 李乐平; 刘涛

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

小剪跨比RC柱及钢管增强RC柱多次冲击的响应行为

“城市综合防灾与抗灾韧性”专题 | 更新时间：2025-09-25

- 小剪跨比RC柱及钢管增强RC柱多次冲击的响应行为
- Response Behavior of RC Column and Steel‑tube Strengthened RC Columns with Small Shear‑to‑span Ratios under Multiple Impacts
- 防灾减灾工程学报 2023年43卷第3期页码：463-473
- 作者机构：
  
  湖南科技大学土木工程学院，湖南湘潭 411201
- 作者简介：
  
  陈林（1986—），男，教授，博士。主要从事结构抗冲击研究。E‑mail: civil‑chenlin@hnust.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金面上项目(52278500);湖南省教育厅重点项目(21A0293)
- DOI：
  中图分类号： TU398.9
- 收稿：2022-07-19，
  
  修回：2022-12-24，
  
  纸质出版：2023-06-28
- 稿件说明：
移动端阅览
陈林,周戴江,李乐平等.小剪跨比RC柱及钢管增强RC柱多次冲击的响应行为[J].防灾减灾工程学报,2023,43(03):463-473.

CHEN Lin,ZHOU Daijiang,LI Leping,et al.Response Behavior of RC Column and Steel‑tube Strengthened RC Columns with Small Shear‑to‑span Ratios under Multiple Impacts[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2023,43(03):463-473.
陈林,周戴江,李乐平等.小剪跨比RC柱及钢管增强RC柱多次冲击的响应行为[J].防灾减灾工程学报,2023,43(03):463-473. DOI：

CHEN Lin,ZHOU Daijiang,LI Leping,et al.Response Behavior of RC Column and Steel‑tube Strengthened RC Columns with Small Shear‑to‑span Ratios under Multiple Impacts[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2023,43(03):463-473. DOI：

摘要

近年来钢筋混凝土（RC）墩柱遭受车船撞击的风险日益增加，且车船撞击一般发生在RC柱靠近地面或底部承台的位置，导致柱体出现小剪跨比条件下的脆性剪切破坏。而随着力学性能良好的钢管混凝土在工程中越来越广泛地应用，其在小剪跨比下的抗冲击性能也需要更加深入的研究。为进一步研究小剪跨比RC柱的剪切损伤机理以及钢管对RC柱抗剪性能的增强效果，使用大型刚性摆锤装置分别对1根RC柱、内置钢管增强RC柱和外置钢管增强RC柱进行了侧向冲击试验，考察了试件的损伤特征、冲击力和位移等试验结果。结果表明：RC柱在承受两次冲击后发生剪切破坏，而两个钢管增强RC柱在经历额外两次大能量冲击后仍保持较好的整体形态，即钢管可有效提升RC柱的抗冲击性能；在相同截面配钢率下，外置钢管增强RC柱相比内置钢管增强RC柱整体上具有更强的抗冲击性能，但内置钢管可更有效地降低核心混凝土的剪切损伤；由于外置钢管RC柱具有三者中最高的整体刚度和表面刚度，其对相邻构件承载力和刚度的要求也更高。

Abstract

In recent years， the risk of reinforced concrete （RC） piers being hit by vehicles and ships has gradually increased， and the collision of vehicles and ships on the RC columns generally occurs near the ground level or pile cap， which results in brittle shear failure of the columns under the condition of small shear-to-span ratios. As concrete-filled steel tubes with good mechanical properties are widely used in engineering practice， their impact resistance under small shear-to-span ratios also needs more in-depth study. To further study the shear damage mechanism of RC columns with small shear-span ratios and the enhancement effect of steel tubes on the shear performance of RC columns， lateral impact tests were conducted on an RC column， an internal steel-tube strengthened RC column， and an external steel-tube reinforced RC column， respectively， using a large rigid pendulum device. The damage characteristics， impact force， and displacements of the specimens were investigated. The results show that RC column experienced shear failure after two impacts， while the two steel tube reinforced RC columns remained in comparatively better overall conditions even after two additional high-energy impacts， highlighting that the steel tubes can effectively improve the impact resistance of the RC column； Furthermore， with an identical sectional steel ratio， the external steel-tube reinforced RC column demonstrated generally stronger impact resistance than the internal steel-tube reinforced one. But the internal steel tube was more effective in mitigating the shear damage of the core concrete； Given that the external steel-tube reinforced RC column presented the highest overall and surface stiffness among the three specimens， it would also place higher demands on the bearing capacity and stiffness of the adjacent members.

关键词

Keywords

references

中华人民共和国交通运输部 . 2020年交通运输行业发展统计公报［R］. 北京：中华人民共和国交通运输部， 2021 .

PRC . Ministry of Transport. Statistical bulletin of development of China's highway and waterway transportation industry in 2020 ［R］. Beijing ： Ministry of Transport of PRC ， 2021 . （in Chinese）

陈林，肖岩 . 桥墩防车辆撞击研究综述［J］. 公路交通科技， 2012 ， 29 （ 8 ）： 78 ‑ 86 .

Chen L ， Xiao Y . Review of studies on vehicle anti‑collision on bridge piers ［J］. Journal of Highway and Transportation Research and Development ， 2012 ， 29 （ 8 ）： 78 ‑ 86 . （in Chinese）

Buth C E ， Williams W F ， Brackin M S ， et al . Analysis of large truck collisions with bridge piers：phase 1. report of guidelines for designing bridge piers and abutments for vehicle collisions ［R］. Texas ： Texas Transportation Institute Proving Ground ， 2010 .

Djelebov E ， Donchev T . Standard developments of vehicle collision loading on bridge piers ［R］. Zurich ： International Association for Bridge and Structural Engineering ， 2008 .

Buth C E ， Brackin M S ， Williams W F ， et al . Collision loads on bridge piers：phase 2， report of guidelines for designing bridge piers and abutments for vehicle collisions ［R］. Texas ： Texas Transportation Institute Proving Ground ， 2011 .

Chen L ， Wu H ， Fang Q ， et al . Full‑scale experimental study of a reinforced concrete bridge pier under truck collision ［J］. Journal of Bridge Engineering ， 2021 ， 26 （ 8 ）： 5021008 .

Cao R ， Agrawal A K ， Ei‑Tawil S ， et al . Performance‑based design framework for bridge piers subjected to truck collision ［J］. Journal of Bridge Engineering ， 2019 ， 24 （ 7 ）： 04019064 .

Chen L ， Wu H ， Liu T . Shear performance evaluation of reinforced concrete piers subjected to vehicle collision ［J］. Journal of Structural Engineering ， 2020 ， 146 （ 4 ）： 4020026 .

方乐，曾玉烨，陈林 . 针对轻型与中型卡车撞击桥墩的通用车辆力学模型［J］. 自然灾害学报， 2021 ， 30 （ 4 ）： 92 ‑ 101 .

Fang L ， Zeng Y Y ， Chen L . General vehicle mechanical model for light and medium trucks crashing into bridge piers ［J］. Journal of Natural Disasters ， 2021 ， 30 （ 4 ）： 92 ‑ 101 . （in Chinese）

邵俊虎，占玉林，陈宁，等 . 驳船撞击下RC桥墩的非线性动力响应与损伤特征分析［J］. 防灾减灾工程学报， 2022 ， 42 （ 1 ）： 81 ‑ 91 .

Shao J H ， Zhan Y L ， Chen N ， et al . Nonlinear dynamic response and damage characteristic analysis of RC pier under barge collision ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 81 ‑ 91 . （in Chinese）

Zhou X ， Zhou M ， Luo D ， et al . Study on the nonlinear response and shear behavior of RC columns under lateral impact ［J］. Structures ， 2021 ， 34 ： 3834 ‑ 3850 .

陈海彬，高静，葛楠，等 . 钢筋混凝土柱在冲击荷载作用下破坏模式研究［J］. 建筑结构学报， 2009 ， 30 （增2 ）： 104 ‑ 108 .

Chen H B ， Gao J ， Ge N ， et al . Investigation on failure mode of RC members subjected to impulsive load ［J］. Journal of Building Structures ， 2009 ， 30 （ Sup2 ）： 104 ‑ 108 . （in Chinese）

Demartino C ， Wu J G ， Xiao Y . Response of shear‑deficient reinforced circular RC columns under lateral impact loading ［J］. International Journal of Impact Engineering ， 2017 ， 109 ： 196 ‑ 213 .

汪俊文，周德源 . 钢筋混凝土柱抗水平冲击行为数值研究［J］. 结构工程师， 2019 ， 35 （ 1 ）： 42 ‑ 48 .

Wang J W ， Zhou D Y . Numerical investigation on resistant behavior of reinforced concrete columns under horizontal impact loading ［J］. Structural Engineers ， 2019 ， 35 （ 1 ）： 42 ‑ 48 . （in Chinese）

Peng T ， Chen L ， Liu T ， et al . Static shear performance and residual axial capacity of rectangular RC bridge piers under near‑ground lateral loads ［J］. Journal of Structural Engineering ， 2021 ， 147 （ 12 ）： 04021219 .

韩林海 . 钢管混凝土结构—理论与实践［M］. 3版 . 北京：科学出版社， 2016 .

Han L H . Concrete filled steel tubular structures： theory and practice ［M］. 3rd ed . Beijing ： Science Press ， 2016 . （in Chinese）

刘亚玲 . 常见约束类型的钢管混凝土构件侧向冲击响应试验研究与数值分析［D］. 太原：太原理工大学， 2005 .

Liu Y L . Experiment research and numerical analysis of lateral impact respond of steel tube‑confined concrete at common type restrain ［D］. Taiyuan ： Taiyuan University of Technology ， 2005 . （in Chinese）

任够平，李珠，王蕊 . 低速侧向冲击下钢管混凝土柱挠度研究［J］. 工程力学， 2008 ， 25 （ 5 ）： 170 ‑ 175 .

Ren G P ， Li Z ， Wang R . The deflection of concrete filled steel tubular column under lateral impact at low speed ［J］. Engineering Mechanics ， 2008 ， 25 （ 5 ）： 170 ‑ 175 . （in Chinese）

李珠，王兆，王蕊 . 侧向冲击荷载作用下两端固定钢管混凝土构件的试验研究［J］. 工程力学， 2009 ， 26 （增1 ）： 167 ‑ 170 .

Li Z ， Wang Z ， Wang R . Experimental study on concrete filled steel tube with fixed‑ends under lateral impact loads ［J］. Engineering Mechanics ， 2009 ， 26 （ Sup1 ）： 167 ‑ 170 . （in Chinese）

曾希，熊雷，李召，等 . 圆钢管混凝土柱抗冲击性能试验与有限元分析［J］. 建筑结构学报， 2017 ， 38 （增1 ）： 157 ‑ 164 .

Zeng X ， Xiong L ， Li Z ， et al . Experiment and FEA of impact resistance of CFST columns with circular cross‑section ［J］. Journal of Building Structures ， 2017 ， 38 （ Sup1 ）： 157 ‑ 164 . （in Chinese）

熊雷 . 钢管混凝土柱在横向冲击荷载作用下的动力响应分析［D］. 荆州：长江大学， 2017 .

Xiong L . Study on performance of circular concrete‑filled steel tubular （CFST） columns under velocity transverse impact ［D］. Jingzhou ： Yangtze University ， 2017 . （in Chinese）

朱翔，陆新征，杜永峰，等 . 外包钢管加固RC柱抗冲击试验研究［J］. 工程力学， 2016 ， 33 （ 6 ）： 23 ‑ 33 .

Zhu X ， Lu X Z ， Du Y F ， et al . Experimental study on impact resistance of reinforced concrete columns strengthened with steel jackets ［J］. Engineering Mechanics ， 2016 ， 33 （ 6 ）： 23 ‑ 33 . （in Chinese）

郭玉荣，李炎蓁，霍静思，等 . 水平冲击荷载作用下钢管混凝土柱动力响应试验与数值模拟［J］. 建筑科学与工程学报， 2017 ， 34 （ 6 ）： 28 ‑ 35 .

Guo Y R ， Li Y Z ， Huo J S ， et al . Dynamic response experiment and numerical simulation of CFST columns under lateral impact load ［J］. Journal of Architecture and Civil Engineering ， 2017 ， 34 （ 6 ）： 28 ‑ 35 . （in Chinese）

Bambach M R . Design of hollow and concrete filled steel and stainless steel tubular columns for transverse impact loads ［J］. Thin‑walled Structures ， 2011 ， 49 （ 10 ）： 1251 ‑ 1260 .

Xian W ， Chen W ， Hao H ， et al . Investigation on the lateral impact responses of circular concrete‑filled double‑tube （CFDT） members ［J］. Composite Structures ， 2021 ， 255 ： 112993 .

Xian W ， Chen W ， Hao H ， et al . Experimental and numerical studies on square steel‑reinforced concrete‑filled steel tubular （SRCFST） members subjected to lateral impact ［J］. Thin‑Walled Structures ， 2021 ， 160 ： 107409 .

Zhu X ， Kang M ， Fei Y ， et al . Impact behavior of concrete‑filled steel tube with cruciform reinforcing steel under lateral impact load ［J］. Engineering Structures ， 2021 ， 247 ： 113104 .

Zhu X ， Zhao P ， Tian Y ， et al . Experimental study of RC columns and composite columns under low‑velocity impact ［J］. Thin‑Walled Structures ， 2021 ， 160 ： 107374 .

钱稼茹，崔瑶，方小丹 . 钢管混凝土柱受剪承载力试验［J］. 土木工程学报， 2007 ， 40 （ 5 ）： 1 ‑ 9 .

Qian J R ， Cui Y ， Fang X D . Shear strength tests of concrete filled steel tube columns ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2007 ， 40 （ 5 ）： 1 ‑ 9 . （in Chinese）

蔡健，梁伟盛，林辉 . 方钢管混凝土柱抗剪性能试验研究［J］. 深圳大学学报（理工版）， 2012 ， 29 （ 3 ）： 189 ‑ 194 .

Cai J ， Liang W S ， Lin H . Experimental study on shear resistance performance of concrete filled square steel tubular columns ［J］. Journal of Shenzhen University Science and Engineering ， 2012 ， 29 （ 3 ）： 189 ‑ 194 . （in Chinese）

刘飞 . 钢筋混凝土桥墩抗车辆撞击机理研究［D］. 长沙：湖南大学， 2017 .

Liu F . The mechanism research of reinforced concrete piers subjected to vehicle collisions ［D］. Changsha ： Hunan University ， 2017 . （in Chinese）

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

暂无数据