【正文】 越來越大，剛體塊嵌入格構拱拱頂的深度減小，接觸時間增大，且最大嵌入深度變化很小。對于沖擊荷載作用下的屈曲問題，在邏輯上合理并且實用的屈曲準則是非常重要的，但遺憾的是至今還沒有出現一致的觀點。所有的P0 組成一個函數空間，如果隨著時間趨近于無窮大, 系統(tǒng)總能量達到P0 , 則可以認為系統(tǒng)是穩(wěn)定的。由于BR準則適用于保守系統(tǒng)與非保守體統(tǒng)，且便于在計算機模擬計算上實施，本章擬基于經典的BR準則提出判定動力屈曲的準則。圖33彈塑性完善格構拱和缺陷格構拱的內能差曲線通過觀察格構拱的位移云圖可以看出，橫向位移最大的位置在格構拱的拱頂。由此得出的失穩(wěn)時間與由內能差所得出的失穩(wěn)時刻具有高度的吻合性。表32 沖擊速度對彈塑性格構拱屈曲時間的影響V0 (m/s)10111213151618202530(ms)3..71圖310 沖擊速度和屈曲時間的關系表32和圖39顯示了屈曲時間和沖擊速度的關系，由圖可知，整體而言，隨著沖擊速度的增大，屈曲時間逐漸減小，在本算例中，當沖擊速度10≤V≤12m/s時，屈曲時間隨著沖擊速度的增大變化范圍較?。划?2＜V≤20m/s時，屈曲時間減小速度較快；當V＞20m/s時，屈曲時間趨于不變?？傮w而言，隨著剛體塊的質量增加時，臨界沖擊速度在減小，當剛體塊質量大于60kg時，臨界屈曲速度變化較小，趨于不變。4. 在彈塑性格構式鋼拱受不同質量的剛體塊沖擊時，總體而言，隨著剛體塊的質量增加時，臨界沖擊速度在減小，當剛體塊質量大于60kg時，臨界屈曲速度變化較小，趨于不變。該系統(tǒng)采樣速率(連續(xù)記錄數據) 16通道同時工作時,每通道50、100、200、500、1k、2k、5k、10k、20k(Hz)分檔切換，滿足本試驗對數據采集的要求，本試驗擬采用16道同時工作，20k(Hz)采樣速率。對于1/2橋電路 ε= (42) 對于全橋電路 ε= (43) 本試驗采用半橋（1片工作片, 1片補償片）電路，每個測點使用一個工作片和一個補償片，適用于測量簡單拉伸壓縮或彎曲應變，圖44為電路與采集箱的連接方法。表41落錘試驗試件參數試件編號撞擊速度(m/s)重錘質量(Kg)管徑/壁厚(mm)拱跨度(m)矢跨比試件193510/1試件283510/1試件373510/1試件483510/1試件584510/1圖45 沖擊試驗試件1圖紙圖46 制作完成的格構式鋼拱試件 試件數據采集點布置設計本試驗參照第三章中格構式鋼拱的數值模擬結果中格構拱的變形情況，對試件1進行了數據采集點布置，如圖47。 沖擊試驗步驟（1）首先定制夾具，將夾具固定在自由落錘實驗架上，將實驗用鋼拱固定在夾具上，拱腳固支。（6）通過處理以上試驗數據，和數值結果進行對照、分析。可見，使用ABAQUS中的三維線性梁單元B31建立有限元模型，可以滿足本試驗對應變輸出的要求。，采用應變電測試技術對格構式鋼拱在沖擊作用下的動力響應進行試驗研究，設計制作不同沖擊速度、不同落錘質量和不同矢跨比的5個試件進行落錘沖擊試驗，并擬用動態(tài)數據采集儀采集監(jiān)測點處的應變信息。小波分析屬于時頻分析的一種。傅里葉變換是眾多科學領域（特別是信號處理、圖像處理、量子物理等）里的重要的應用工具之一。其還擁有操作簡便的圖形用戶界面，也方便了對大量的信號的處理。特別適合于信號和圖像分析、綜合、去噪、壓縮等領域的研究。傅立葉變換就是把一個信號，分解成無數的正弦波（或者余弦波）信號。 小波理論與MATLAB基礎顧名思義，小波（Wavelet）就是小的波形。不同特征模態(tài)的擾動量級參照第三章中的表31。對于本數值模擬中將采用的環(huán)形截面，所有的截面點如圖46所示。同時完成動態(tài)應變數據采集和圖像采集過程。試驗完成后不銹鋼圓管的破壞圖如圖413所示：圖413 圓鋼管材性試驗破壞形式 不銹鋼鋼管拉伸試驗結果分析由于圓鋼管的材性試驗為試驗機在試件上施加位移，容易得知圓鋼管的破壞形式為在試件某一位置處方鋼管出現明顯的變形，然后被拉斷。本次試驗主要研究鋼管桁架拱在不同撞擊速度、不同重錘質量、不同矢跨比下的動態(tài)失穩(wěn)性能，表41列出了每個試件的具體情況。圖43因 Vi=, 即 Vo=KFVi=,所以 ε = (41)式中Vi為直流電橋的輸出電壓,Eg為橋壓(V),K為應變計靈敏度系數,ε為輸入應變量(με),Vo為低漂移儀表放大器的輸出電壓(μV)，KF為放大器的增益。系統(tǒng)可以對應變應力及力、壓力、扭距、荷重、溫度、位移、速度、加速度等物理量進行自動、準確、可靠的動態(tài)測試和分析，是工礦企業(yè)、科研機構及高等院校在研究、設計、監(jiān)測、生產和施工中進行非破壞性動靜態(tài)應變、振動、沖擊及各種物理量測量和分析的一種重要工具。2．在彈塑性格構式鋼拱受不同沖擊速度的剛體塊沖擊時，整體而言，隨著沖擊速度的增大，屈曲時間逐漸減小，在本算例中，當沖擊速度10≤V≤12m/s時，屈曲時間隨著沖擊速度的增大變化范圍較??；當12＜V≤20m/s時，屈曲時間減小速度較快；當V＞20m/s時，屈曲時間趨于不變。本部分模擬了剛體塊質量從20kg變化為100kg過程中臨界沖擊速度的變化情況，由于算例較多，此處不對算例進行逐一分析，將所得的結果整理為表34。 各種因素對彈塑性格構拱動力屈曲的影響 沖擊速度對彈塑性格構拱動力屈曲的影響本文第二章較為詳細的介紹了沖擊速度對沖擊荷載的影響，由第二章的結論可知，沖擊荷載的峰值和接觸時間是和沖擊速度成正比的關系，為了探索沖擊速度對拱動力屈曲的影響，在上節(jié)算例的基礎上，改變沖擊速度V，利用上節(jié)所得出的利用內能差值和最大位移差值判斷拱動力屈曲的方法，得到沖擊速度對格構拱拱動力屈曲的影響。圖36為彈塑性完善格構拱和缺陷格構拱的最大位移差值曲線，可以當t＜，當t=，最大位移差值產生變化，絕對值迅速增加，說明在此時刻格構拱已經失穩(wěn)；圖37為彈塑性完善格構拱和缺陷格構拱的最大速度差值曲線，也觀察到在t=，最大速度差值曲線波動較大。圖33給出了完善格構拱和含初始缺陷格構拱的內能差值時程曲線。但放大函數法中至少要有一個具有雙曲函數的形式，如果不能給出按指數形式增長的解，該準則就失效了。但是應用BR準則時需要選取合理的動力響應特征參數, 最需要注意的是如何確定結構動力響應的巨大變化, 這些都很難有比較統(tǒng)一的標準。構件初始變形在有限元建模中統(tǒng)一考慮為為拱跨度的1/1000，依據于此，不同特征模態(tài)的擾動量級如表31所示。（4）跨度對沖擊響應的影響：取格構拱跨度為2m、對于三種格構拱跨度，沖擊荷載時程曲線形狀基本相同，整個沖擊過程中格構拱與剛體塊只接觸一次。當1m/s≤V≤10m/s時，沖擊接觸時間隨著沖擊速度的增加呈現顯著增大，這與彈塑性拱中的塑性變形和塑性耗散能的出現有關，剛體速度越大，拱吸收的動能越大，塑性變形和塑性耗散能越大，能量轉化時間越長，接觸持續(xù)的時間也越長。隨著格構拱壁厚的增大，最大峰值越來越大。圖220 不同跨度下的沖擊荷載時程曲線表23不同跨度的剛體塊嵌入格構拱拱頂鋼管最大深度跨度（m）2最大嵌入深度（m）接觸時間（s）圖220為格構拱跨度為2m、。圖218 接觸時間隨質量比的變化曲線 矢跨比對沖擊響應的影響對于一定質量的剛體，在同一沖擊速度下格構拱的矢跨比不僅影響沖擊荷載的大小，對沖擊接觸持續(xù)的時間，以及沖擊荷載的曲線形狀都會有一定的影響?？梢?，隨著質量比的增加，即剛體塊的質量越小，剛體塊嵌入格構拱拱頂鋼管深度越小，且隨著質量比增大，嵌入深度變化趨于不變。圖212 沖擊荷載最大峰值隨沖擊速度的變化曲線圖213為所有模擬情形下格構拱與剛體接觸時間隨沖擊速度變化的趨勢圖。觀察圖29，V=1m/s時的豎向速度差，沖擊發(fā)生后，剛體塊與拱頂開始接觸，速度差迅速變?yōu)榱?，但是速度差一直在零值上下擾動，即剛體塊與格構式鋼拱發(fā)生了二次接觸，而觀察圖210和圖211，發(fā)現V=5m/s和V=10m/s下的豎向速度差，初始也出現了速度差的上下擾動，且速度較大時，發(fā)生時間很短，可以忽略不計，不發(fā)生二次接觸，即隨著沖擊速度的增加，剛體塊與格構拱沖擊過程中接觸越緊密。由于剛體塊與拱之間預設了一段距離，所以速度越大與剛體塊接觸越早，沖擊荷載產生越早。通過改變宏文件以及INP輸入文件中不同參數的值建立不同模擬情形下的模型，以實現對不同沖擊速度、剛體質量和矢跨比等條件下的模擬。只要將單元賦予剛體，殼單元或者剛性單元都可以用于模擬相同的問題。當ABAQUS應用于準靜態(tài)成型分析時，采用剛性體模擬加工工具（如沖頭、抽拉模具、夾具、輥軸等）是非常理想的，將其作為一種約束方式也很有效。對于一個完整的ABAQUS/Explicit分析過程，通常有三個步驟：前處理、模擬計算和后處理。另外，用戶可以通過定義準確的參數以實現很好的控制數值模擬結果。 （2）通過對比前人試驗，參照數值模型，設立試驗研究各參數對格構拱受沖擊穩(wěn)定性能的影響，并與有限元模擬結果的對比，驗證數值模擬模型的可行性與適用性，分析格構式鋼構的受沖擊破壞形式。試驗[43]共對18根鋼管混凝土偏心受壓短柱進行了測試?？紤]幾何及材料非線性，分析了懸跨比、節(jié)點形式及幾何參數對三角形立體管桁架結構抗震性能的影響。Bolotin[28]給出了周期荷載激勵下雙鉸圓拱的動力穩(wěn)定區(qū)域的解析解；Humphreys[29]用Galerkin法求解階躍荷載作用下拱的運動方程，認為非對稱模態(tài)對失穩(wěn)值有較大影響；Hoff和Bruce[30]發(fā)現階躍荷載作用下臨界條件與總勢能面的特性有關；Hsu[31]的研究表明，對于兩鉸圓拱來說，高于第二階模態(tài)的高階模態(tài)不會對臨界值有影響；Gregory和Plaut[32]指出：對于大多數對稱分布的階躍荷載，其動力穩(wěn)定臨界值將高于相應的靜力穩(wěn)定臨界值。程鵬[25]對兩鉸圓弧拱進行了非線性穩(wěn)定性的理論分析，解出了圓弧拱在均布徑向力、全跨自重荷載、全跨均布荷載、跨中集中力作用下的線性精確解，并給出了一定情況下的非線性屈曲的臨界荷載公式。Qqaihs和Haddadin[17]建立了受拱頂集中荷載的變截面彈性圓弧拱的屈曲方程,討論了不同矢跨比和不同截面形式的拱的越躍屈曲荷載。格構拱形式有平面和立體之分，應為立體結構具有較大的面外剛度，目前大多數的研究都針對立體形式下的。本課題主要采用數值模擬和試驗的方法。 格構拱繼承了拱結構失穩(wěn)問題的特性，有機結合了桁架和拱。而作為建筑結構中的常用構件，格構拱在沖擊荷載作用下的性能研究就越發(fā)重要。格構拱又可以分為平面和立體桁架拱，本文以立體桁架拱為研究對象。 with the increase of mass ratio, namely the quality of the rigid block is smaller, the depth embedded by rigid body in steel tube of the lattice arch vault and the impact load peak value change smaller, the contact time changes shorter。本文通過分析剛體沖擊彈塑性格構式鋼拱過程，提出了基于整體變形和內能判斷彈塑性格構拱動力屈曲的判別準則。 with the increase of lattice arch wall thickness, the contact time and the depth embedded by rigid body have decreased, the impact load peak value changes greater. And the paper analyzed the conclusions in consideration of the plastic deformation and the plastic dissipation energy.Through analyzing the process of elasticplastic lattice arch impacted by the rigid body, the paper proposed the dynamic buckling judgment criterion based on the overall deformation and the internal energy. According to the judgment criterion, the main conclusions are as follows: when the velocity of rigid body or the quality of the rigid block has increased, the buckling time changes shorter。 格構式鋼拱受沖擊研究意義建筑結構上所承受的荷載有很多種，其中按照作用時間可分為：永久荷載、可變荷載、偶然荷載。但是對于拱的穩(wěn)定性問題分析起來難度較大，這是由于拱的參數比較多，影響到穩(wěn)定性問題的因素也比較多，非線性比較強。又近年來，由于空心管截面所具有的獨特優(yōu)點，越來越得到設計師們的青睞。第二階段在彈性屈曲經典理論的基礎上考慮了幾何非線性對拱平面內穩(wěn)定的不利影響，即考慮了所謂 PΔ效應，該理論稱為二階彈性理論?？疾炝耸缚绫取⒏箺U尺寸、腹桿夾角和截面寬高比等不同參數對鋼管桁架拱