一种撞击后框架结构的性能评估方法

摘要

本发明涉及结构性能评估与鉴定领域，具体是涉及一种撞击后框架结构的性能评估方法。本发明采集被撞击的底层柱的侧向残余挠度，通过侧向残余挠度计算出残余转角，再通过残余转角获取底层柱的损伤程度。进而根据底层柱损伤程度评估框架结构的整体性能，由于侧向残余挠度可以直接在被撞击的底层柱上采集到，不存在因需要获取底层柱的损伤程度而对其造成二次损坏的问题，从而起到保护底层柱的作用。

说明书

技术领域

本发明涉及结构性能评估与鉴定领域，具体是涉及一种撞击后框架结构的性能评估方法。

背景技术

框架结构是多高层建筑中常用的结构形式之一，其底层柱因承受框架结构传来的较大压力和弯矩，成为框架结构中最关键的承重构件。随着车辆日益增多，车辆碰撞建筑物的交通事故也时有发生。底层柱通常与地面相连，发生车辆碰撞的可能性极大。一旦底层柱遭到车辆碰撞，可能造成底层柱塑性损伤甚至失效，进而引发框架结构连续倒塌。因此，有必要对可能遭受车辆碰撞的底层柱的车撞后损伤程度进行预测评估，以及对发生车辆碰撞事故后的底层柱损伤程度进行安全鉴定，以评估框架结构的整体性能，从而为后续采取相应的结构性能提升措施提供科学依据。

传统的框架底层柱多采用钢筋混凝土柱，在侧向冲击荷载作用下其容易发生剪切破坏等脆性破坏，抗冲击性能较差。相较钢筋混凝土柱，钢管混凝土柱具有承载力高、延性好、自重轻、施工方便、综合经济效益显著等优点，已在诸多框架结构中得到应用。试验研究表明，钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下多发生弯曲破坏等延性破坏，抗冲击性能较好。因此，钢管混凝土柱值得在可能遭受撞击的框架结构中推广应用。

目前，现有的撞击后框架结构性能评估需要对被撞击的底层柱做破坏性试验以获取其损伤程度，从而导致对底层柱造成二次损伤，因此现有的评估方法会损坏底层柱。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种撞击后框架结构的性能评估方法，在不损坏底层柱的基础上，就能够获取底层柱的损伤程度，从而避免二次损伤底层柱。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种撞击后框架结构的性能评估方法，包括如下步骤：

S1，获取撞击后的框架结构中的构件A点处的侧向残余挠度δ；

S2，计算撞击后的构件的残余转角的弧度值θ：

其中，h为沿构件的轴向方向A点至构件端部的距离；

S3，由残余转角的弧度值θ，获取撞击后的构件的损伤程度。

进一步，A点位于构件的侧面上，步骤S1中获取侧向残余挠度δ的具体步骤如下：

S11，获取构件被撞击之前，A点的位置a1；构件被撞击之后，A点的位置发生移动，获取构件被撞击之后A点处于稳定状态下的位置a2，稳定状态即A点的位置不再移动；

S12，计算位置a1与位置a2之间沿A点移动轨迹的长度，该长度即为步骤S1中的侧向残余挠度δ。

进一步，构件为位于框架结构下部的底层柱，步骤S1和步骤S2中的A点为底层柱的中间位置，步骤S2中的构件端部为底层柱与地面相接触的端部。

进一步优选的，步骤S3的具体过程如下：

若θ小于等于第一设定值，则撞击后的构件的损伤程度为无损伤；

若θ大于第一设定值而小于等于第二设定值，则撞击后的构件的损伤程度为轻度损伤；

若θ大于第二设定值而小于等于第三设定值，则撞击后的构件的损伤程度为中度损伤；

若θ大于第三设定值而小于等于第四设定值，则撞击后的构件的损伤程度为重度损伤；

若θ大于第四设定值，则撞击后的构件的损伤程度为完全失效。

更进一步优选的，构件为位于框架结构下部的底层柱，且底层柱为钢管混凝土型，第一设定值为0.0069，第二设定值为0.029，第三设定值为0.065，第四设定值为0.12。

更进一步优选的，若θ小于等于第一设定值，则底层柱所在的框架结构的性能完好；

若θ大于第一设定值而小于等于第二设定值，则底层柱所在的框架结构的性能基本完好；

若θ大于第二设定值而小于等于第三设定值，则底层柱所在的框架结构的性能较差；

若θ大于第三设定值而小于等于第四设定值，则底层柱所在的框架结构的性能很差；

若θ大于第四设定值，则底层柱所在的框架结构可能发生连续倒塌。

进一步，该性能评估方法用于检测框架结构中的待检测底层柱的损伤程度，检测步骤包括构建待检测底层柱的底层柱有限元模型；构建待检测底层柱的底层柱有限元模型的具体步骤如下：

S01，构建底层柱模型，所述底层柱模型的参数与待检测底层柱的参数相匹配；

S02，给底层柱模型施加约束，该约束与钢梁组件施加给待检测底层柱的约束相匹配，该钢梁组件固定安装在待检测底层柱的上端，框架结构由底层柱和位于底层柱上方的支撑柱以及钢梁组件构成，其中底层柱包括待检测底层柱；

S03，在施加约束的底层柱模型上再施加力，该施加的力与框架结构除去待检测底层柱以外的部分施加给待检测底层柱的力相匹配，获得底层柱有限元模型；

检测步骤还包括如下步骤：

S04，给底层柱有限元模型施加撞击力；

当该性能评价方法用于检测待检测底层柱的损伤程度时，则将步骤S1～S3中的构件替换为施加撞击力之后的底层柱有限元模型,之后进行步骤S05；

S05，通过步骤S1～S3，获取底层柱有限元模型所在的底层柱模型撞击之后的损伤程度，该损伤程度即为待检测底层柱的损伤程度。

进一步优选的，所述底层柱模型包括柱体模型，位于柱体模型顶部的刚性顶面，位于柱体模型底部的刚性底面；所述待检测底层柱的参数包括待检测底层柱的顶部横截面尺寸、待检测底层柱的底部横截面尺寸；所述底层柱模型的参数包括柱体模型的高度，与待检测底层柱的顶部横截面尺寸相等的刚性顶面的横截面尺寸，与待检测底层柱的底部横截面尺寸相等的刚性底面的横截面尺寸，其中，柱体模型的高度为待检测底层柱位于钢梁组件下方部分的高度，该钢梁组件位于待检测底层柱的上端。

更进一步优选的，步骤S03中的施加的力包括位于刚性顶面上的力偶，位于刚性顶面上的且方向指向刚性顶面的模型压力；所述力偶的作用效果与框架结构除去待检测底层柱以外的部分施加给待检测底层柱的弯矩相对应；所述模型压力的合力与框架结构除去待检测底层柱以外的部分施加给待检测底层柱的竖向压力相等。

更进一步优选的，所述力偶中的平行力关于柱体模型的轴向反对称；所述模型压力均匀分布在刚性顶面上。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明采集被撞击的底层柱的侧向残余挠度，通过侧向残余挠度计算出残余转角，再通过残余转角获取底层柱的损伤程度。由于侧向残余挠度可以直接在被撞击的底层柱上采集到，因此不存在因需要获取底层柱的损伤程度而对其造成二次损坏的问题，从而起到保护底层柱的作用。

(2)本发明采集的参数仅仅包括侧向残余挠度，侧向残余挠度又是仅根据底层柱撞击前后的位移获取的，无需再采集被撞击之后的底层柱的样本，避免了以往采集的参数难以估算，因此本发明的评估方法操作简便，适用于车撞后钢管混凝土底层柱损伤程度的预测评估和安全评定，进而通过评估出的底层柱的损伤程度进一步评估出钢管混凝框架结构的整体性能。

(3)本发明通过侧向残余挠度计算出残余转角，再通过残余转角获取底层柱的损伤程度所对应的损伤程度，对损伤程度进行细化，从而提高了获取的评估结果的准确性。

(4)本发明的评估方法可用于检测待检测的底层柱被撞之后的损伤程度，通过建立具有与待检测的底层柱相同的参数的底层柱模型，再通过检测底层柱模型被撞之后的损伤程度而获取待检测的底层柱的损伤程度，获取的待检测的底层柱的损伤程度可以更好地应对待检测的底层柱可能遭受的车辆碰撞威胁，为之后的维修遭受撞击的底层柱提供技术支撑。

(5)本发明在底层柱模型上施加力偶和模型压力，这两种力与框架结构除去待检测底层柱以外的部分施加给底层柱的力的作用效果相同，再在底层柱模型施加一个撞击力，形成底层柱有限元模型，使得获取的底层柱有限元模型所在的底层柱模型的损伤程度能够更好的反应若待检测底层柱被撞之后的损伤程度。

(6)本发明的柱体模型的顶面为刚性顶面，底面为刚性底面。刚性即刚性材料，不会发生任何的变形，这样通过刚性顶面施加竖向的模型压力和力偶所产生的应力就可以均匀的传递给柱体模型。而如果不使用刚性顶面传递模型压力和力偶，而是直接作用在柱体模型上，就会出现以下几个问题：第一，力偶是施加在柱体模型的两个节点上，节点所属的材料不能承受这么大的集中力而发生塑性变形甚至是破坏；第二，柱构件是作为一个整体来承受荷载，在荷载作用下不同材料所产生的竖向位移应该是一致的，而如果不使用刚性面，不同材料在荷载作用下产生位移是不一致的。使用刚性面还便于施加约束，比如柱子底面的自由度是全约束状态，采用刚性底面可以直接在刚性底面上施加约束达到全约束的效果。因此，本发明给底层柱模型的柱体模型施加约束，使得获取的撞击之后的底层柱模型的损伤程度能够更好的表征待检测的底层柱的损伤程度。

附图说明

图1为本发明的车辆撞击待检测底层柱的示意图；

图2和图3为本发明的底层柱模型；

图4a和图4b为本发明的侧向残余挠度和残余转角的示意图；

图5a、5b、5c、5d、5e为本发明的损伤程度示意图；

图6为本发明的框架结构示意图。

图中标注符号的含义如下：

1-待检测底层柱 11-碰撞部位迎撞面 12-碰撞部位背撞面

13-底部迎撞面 14-底部背撞面 15-顶部迎撞面 16-顶部背撞面

2-钢梁组件 21-纵向框架钢梁 22-横向框架钢梁

23-钢筋混凝土板

3-底层柱模型 31-柱体模型 32-刚性顶面 33-刚性底面

4-车辆

g-框架结构

具体实施方式

以下结合实施例和说明书附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种撞击后框架结构g的性能评估方法，该方法用于评估框架结构g中的待检测底层柱1被车辆撞击之后的性能，本实施例中的待检测底层柱1已经在实际环境中被车辆4撞击了，本实例中的评估方法是为了获取待检测底层柱1被车辆4撞击之后的损伤程度，本实施例中的构件为待检测底层柱1，包括如下步骤：

S1，如图4a和图4b所示，获取撞击后的构件A点处的侧向残余挠度δ，A点位于构件的侧面上，具体步骤如下：

S11，获取构件被撞击之前，A点的位置a1；构件被撞击之后，A点的位置发生移动，获取构件被撞击之后A点处于稳定状态下的位置a2，稳定状态即A点的位置不再移动；

S12，如图4a和图4b所示，计算位置a1与位置a2之间沿A点移动轨迹的长度，该长度即为侧向残余挠度δ。

S2，计算车辆4撞击之后构件的残余转角的弧度值θ：

其中，构件为待检测底层柱1，待检测底层柱1固定在地面上，h为沿待检测底层柱1的轴向方向A点至待检测底层柱1底部的距离，h为待检测底层柱1高度的一半。

S3，由残余转角的弧度值θ，获取撞击后的待检测底层柱1的损伤程度，该损伤程度用于表征构件的损伤程度，进而通过待检测底层柱1的损伤程度获取待检测底层柱1所在的框架结构g的整体性能，具体过程如下：

若θ小于等于第一设定值，则撞击后的待检测底层柱1的损伤程度为无损伤，同时待检测底层柱1所在的框架结构g的性能完好。

若θ大于第一设定值而小于等于第二设定值，则撞击后的待检测底层柱1的损伤程度为轻度损伤，同时待检测底层柱1所在的框架结构g的性能基本完好，可继续使用。

若θ大于第二设定值而小于等于第三设定值，则撞击后的待检测底层柱1的损伤程度为中度损伤，同时待检测底层柱1所在的框架结构g的性能较差，不宜继续使用。

若θ大于第三设定值而小于等于第四设定值，则撞击后的待检测底层柱1的损伤程度为重度损伤，同时待检测底层柱1所在的框架结构g的性能很差，不能继续使用。

若θ大于第四设定值，则撞击后的待检测底层柱1的损伤程度为完全失效，同时待检测底层柱1所在的框架结构g可能发生连续倒塌，可能发生连续倒塌即框架结构g完全失效。

本实施例中，当待检测底层柱1为钢管混凝土型，与其对应的第一设定值为0.0069，第二设定值为0.029，第三设定值为0.065，第四设定值为0.12。底层柱为钢管混凝土型即在钢管的内部填充混凝土形成的柱子。

实施例2

一种撞击后框架结构的性能评估方法，用于检测待检测底层柱1的性能。本实施例中的待检测底层柱1是框架结构g中的一个部件，本实施例中的待检测底层柱1并没有在真实的环境中被撞击，本实施例通过模拟待检测底层柱1被撞击的场景，获取如果待检测底层柱1被撞击会产生怎么的损伤，具体步骤如下：

S1，构建底层柱模型3，底层柱模型3的参数与待检测底层柱1的参数相匹配,其中底层柱模型3为一个虚拟的底层柱，具体过程如下：

底层柱模型3包括柱体模型31，位于柱体模型31顶部的刚性顶面32，位于柱体模型31底部的刚性底面33；待检测底层柱1的参数包括待检测底层柱1的顶部横截面尺寸、待检测底层柱1的底部横截面尺寸；底层柱模型3的参数包括与待检测底层柱1的高度，与待检测底层柱1的顶部横截面尺寸相等的刚性顶面32的横截面尺寸，与待检测底层柱1的底部横截面尺寸相等的刚性底面33的横截面尺寸，其中，柱体模型31的高度为待检测底层柱1位于钢梁组件2下方部分的高度。

S2，给底层柱模型3施加约束，该约束与钢梁组件2施加给待检测底层柱1的约束相匹配，该钢梁组件2固定安装在待检测底层柱1的上端，框架结构g由底层柱和位于底层柱上方的支撑柱以及钢梁组件2构成，其中底层柱包括待检测底层柱1。支撑柱固定在底层柱的上端，钢梁组件2固定在支撑柱的侧壁上。本步骤的目的是模拟实际中的钢梁组件2施加给待检测底层柱1的约束。施加约束的具体过程如下：

将刚性底面33固定在地面上，同时约束刚性底面33的竖向和两个水平向的平动自由度和所有的转动自由度，约束竖向自由度即刚性底面33所在的柱体模型31不能沿竖直方向平动和转动，约束两个水平向的平动自由度即刚性底面33所在的柱体模型31不能沿横向方向平动不能沿纵向方向平动。约束刚性顶面32两个水平向的平动自由度和所有的转动自由度，并释放竖向的平动自由度。

S3，给底层柱模型3施加力，该力与框架结构g除去待检测底层柱1以外的部分施加给待检测底层柱1的力相匹配，获得底层柱有限元模型，具体过程如下：

如图2和图3所示，该力包括位于刚性顶面32上的力偶，位于刚性顶面32上的且方向指向刚性顶面32的模型压力，获取底层柱有限元模型；钢梁组件2包括横向框架钢梁22、纵向框架钢梁21和钢筋混凝土板23，力偶与框架结构g除去待检测底层柱1以外的部分施加给待检测底层柱1的弯矩相对应，力偶中的平行力是一对大小相等方向相反且不共线的力，力偶作用在刚性顶面32上就会使底层柱模型3发生弯曲，这与框架结构g除去待检测底层柱1以外的部分作用在待检测底层柱1上的弯矩所产生的效果是一致的；模型压力与框架结构g除去待检测底层柱1以外的部分施加给待检测底层柱1的竖向压力相等。

S4，在步骤S3之后再给由底层柱模型3构成的底层柱有限元模型施加一个撞击力。

S5，通过底层柱有限元模型的撞击之后的损伤程度获取待检测底层柱1的损伤程度。具体过程如下：计算底层柱有限元模型所在的底层柱模型3的的侧向残余挠度δ，再根据侧向残余挠度δ计算出残余转角θ，通过残余转角θ获取底层柱模型3的损伤程度，底层柱模型3的损伤程度对应于待检测底层柱1的损伤程度。

实施例3

在实施例2的基础上，按现行《建筑抗震设计规范》和《钢管混凝土结构技术规范》(GB50936-2014)设计五层的钢管混凝土框架，钢管混凝土框架的底层柱的结构参数包括：柱高度为4.2m，与柱顶端连接的组合梁的截面高度为450mm，柱直径为400mm，底层柱的钢管厚度为10mm，钢管屈服强度为345MPa，混凝土强度等级为C40，柱顶面受到的上部结构传来的竖向压力为2078.92kN、弯矩为83.16kN·m。

采用有限元程序ANSYS/LS-DYNA建立底层柱模型3，底层柱模型3中的柱体模型31的高度为3750mm，在柱体模型31的底部增设一刚性底面33，在其顶部增设一刚性顶面32，刚性底面33和刚性顶面32直径均为400mm。约束刚性底面33竖向和两个水平向的平动自由度和所有的转动自由度；约束刚性顶面32两个水平向的平动自由度和所有的转动自由度，并释放竖向的平动自由度。将弯矩83.16kN·m除以柱截面直径，得到力偶中平行力的大小为207.89kN，将竖向压力通过均布压应力16.55MPa施加到刚性顶面32上。本实施例中的车辆4模拟的，车辆4的质量为1.84t，赋予该车辆4以30km/h的初始速度正面撞击柱体模型31，计算车辆4碰撞荷载作用柱体模型31各高度位置的侧向残余挠度δ。

量测撞击后的柱体模型31的柱中侧向残余挠度δ为0.13mm，进而计算出其残余转角θ为0.000062。

将残余转角θ与限值0.0069、0.029、0.065和0.12进行比较，撞击后的塑性应变分布图如图5a所示，未发生塑性变形，表明撞击后的柱体模型31的损伤程度为基本完好，同时也表明柱体模型31对应的待检测底层柱1如果发生上述撞击其损伤程度也会保持基本完好，底层柱所在的框架结构g的性能完好。

实施例4

在实施例2的基础上，按现行《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)和《钢管混凝土结构技术规范》(GB50936-2014)设计一五层的钢管混凝土框架结构g，采用钢管混凝土柱和钢-混凝土组合梁，得到钢管混凝土框架的底层柱的结构参数包括：柱高度为4.2m，与柱顶端连接的组合梁的截面高度为450mm,柱直径为400mm，钢管厚度为10mm，钢管屈服强度为345MPa，混凝土强度等级为C40，柱顶面受到的上部结构传来的竖向压力为2078.92kN、弯矩为83.16kN·m。

采用有限元程序ANSYS/LS-DYNA建立底层柱模型3，底层柱模型3中的柱体模型31的高度为3750mm，在柱体模型31的底部增设一刚性底面33，在柱体模型31的顶部增设一刚性顶面32，刚性底面33和刚性顶面32直径均为400mm。约束刚性底面33竖向和两个水平向的平动自由度和所有的转动自由度；约束刚性顶面32两个水平向的平动自由度和所有的转动自由度，并释放竖向的平动自由度。将弯矩83.16kN·m除以柱截面直径，得到力偶中的平行力的大小为207.89kN，将竖向压力通过均布压应力16.55MPa施加到刚性顶面32上。本实施例中的车辆4是模拟的。模拟的车辆4的质量为1.84t，赋予该车辆4以80km/h的初始速度正面撞击柱体模型31，计算车辆4碰撞荷载作用柱体模型31各高度位置的侧向残余挠度δ。

测量撞击后的柱体模型31的柱中侧向残余挠度δ为18.43mm，进而计算出底层柱的残余转角θ为0.00878。

将残余转角θ与限值0.0069、0.029、0.065和0.12进行比较，撞击后钢管的塑性应变分布图如图5b所示，碰撞部位迎撞面11和碰撞部位背撞面12发生塑性变形，顶部迎撞面15和顶部背撞面16发生塑性变形，柱的底部出现塑性铰，表明撞击后的柱体模型31的损伤程度为轻度损伤，同时也表明柱体模型31对应的待检测底层柱1如果发生上述撞击其损伤程度也是轻度损伤，底层柱所在的框架结构g的性能基本完好，可继续使用。

实施例5

在实施例2的基础上按现行《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)和《钢管混凝土结构技术规范》(GB50936-2014)设计一五层的钢管混凝土框架结构g，采用钢管混凝土柱和钢-混凝土组合梁，得到钢管混凝土框架的底层柱的结构参数包括：柱高度为4.2m，与柱顶端连接的组合梁截面高度为450mm，柱直径为400mm，钢管厚度为10mm，钢管屈服强度为345MPa，混凝土强度等级为C40，柱顶面受到的上部结构传来的竖向压力为2078.92kN、弯矩为0kN·m。

采用有限元程序ANSYS/LS-DYNA建立底层柱模型3，底层柱模型3中的柱体模型31的高度为3750mm，在柱体模型31的底部增设一刚性底面33，在柱体模型31的顶部增设一刚性顶面32，刚性底面33和刚性顶面32直径均为400mm。约束刚性底面33竖向和两个水平向的平动自由度和所有的转动自由度；约束刚性顶面32两个水平向的平动自由度和所有的转动自由度，并释放竖向的平动自由度。将弯矩0kN·m除以柱截面直径，得到力偶大小中的平行力为0kN，将竖向压力通过均布压应力16.55MPa施加到刚性顶面32上。车辆4的总长10.1m，宽2.48m，高2.95m，原质量为16t，通过增加质量但不改变在长度方向上质量占比的方式调整总质量为20t，以70km/h的初始速度正面撞击柱体模型31，计算撞击后柱体模型31各高度位置的侧向残余挠度δ。

测量车撞后柱体模型31的柱中侧向残余挠度δ为101.5mm，进而计算出柱体模型31的残余转角θ为0.0483。

将残余转角θ与限值0.0069、0.029、0.065和0.12进行比较，撞击后钢管的塑性应变分布图如图5c所示，顶部迎撞面15和顶部背撞面16发生塑性变形，碰撞部位和柱的底部出现塑性铰，表明撞击后的柱体模型31的损伤程度为中度损伤，同时也表明柱体模型31对应的待检测底层柱1如果发生上述撞击其损伤程度也是中度损伤，底层柱所在的框架结构g的性能较差，不宜继续使用。

实施例6

在实施例2的基础上，按现行《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)和《钢管混凝土结构技术规范》(GB50936-2014)设计一五层的钢管混凝土框架结构g，采用钢管混凝土框架柱和钢-混凝土组合梁，得到底层柱的结构参数包括：柱高度为4.2m，与柱顶端连接的组合梁高度为450mm，柱直径为400mm，钢管厚度为10mm，钢管屈服强度为345MPa，混凝土强度等级为C40，柱顶面受到的上部结构传来的竖向压力为2078.92kN、弯矩为0kN·m。

采用有限元程序ANSYS/LS-DYNA建立底层柱模型3，柱体模型31的高度为3750mm，在柱体模型31的底部增设一刚性底面33，在柱体模型31的顶部增设一刚性顶面32，刚性底面33和刚性顶面32直径均为400mm。约束刚性底面33竖向和两个水平向的平动自由度和所有的转动自由度；约束刚性顶面32两个水平向的平动自由度和所有的转动自由度，并释放竖向的平动自由度。将弯矩0kN·m除以柱截面直径，得到力偶中的平行力的大小为0kN，将竖向压力通过均布压应力16.55MPa施加到刚性顶面32上。车辆4的总长10.1m，宽2.48m，高2.95m，原质量为16t，通过增加质量但不改变在长度方向上质量占比的方式调整总质量为20t，赋予该车辆4以75km/h的初始速度正面碰撞柱体模型31，计算车辆4碰撞荷载作用下柱体模型31各高度位置的侧向残余挠度δ。

量测柱体模型31的柱中侧向残余挠度δ为145mm，进而计算出残余转角θ为0.069。

将底层柱的残余转角θ与限值0.0069、0.029、0.065和0.12进行比较，车撞后钢管的塑性应变分布图如图5d所示，顶部迎撞面15和顶部背撞面16发生塑性变形，碰撞部位和柱底部钢管出现塑性铰，底部迎撞面13钢材断裂，表明撞击后的柱体模型31的损伤程度为重度损伤，同时也表明柱体模型31对应的待检测底层柱1如果发生上述撞击其损伤程度也是重度损伤底层柱所在的框架结构g的性能很差，不能继续使用。

实施例7

在实施例2的基础上，按现行《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)和《钢管混凝土结构技术规范》(GB50936-2014)设计一五层的钢管混凝土框架结构g，采用钢管混凝土框架柱和钢-混凝土组合梁，得到钢管混凝土框架的底层柱的结构参数包括：柱高度为4.2m，与柱顶端连接的组合梁高度为450mm，柱直径为400mm，钢管厚度为10mm，钢管屈服强度为345MPa，混凝土强度等级为C40，柱顶面受到的上部结构传来的竖向压力为2078.92kN、弯矩为0kN·m。

采用有限元程序ANSYS/LS-DYNA建立底层柱模型3，柱体模型31的高度为3750mm，在柱体模型31的底部增设一刚性底面33，在柱体模型31的顶部增设一刚性顶面32，刚性底面33和刚性顶面32直径均为400mm。约束刚性底面33竖向和两个水平向的平动自由度和所有的转动自由度；约束刚性顶面32两个水平向的平动自由度和所有的转动自由度，并释放竖向的平动自由度。将弯矩0kN·m除以柱截面直径，得到力偶中的平行力大小为0kN，将竖向压力通过均布压应力16.55MPa施加到刚性顶面32上。车辆4的总长10.1m，宽2.48m，高2.95m，原质量为16t，通过增加质量但不改变在长度方向上质量占比的方式调整总质量为20t，赋予该车辆4以80km/h的初始速度正面碰撞柱体模型31，计算车辆4碰撞荷载作用下柱体模型31各高度位置的侧向残余挠度δ。

测量车撞后柱体模型31的柱中侧向残余挠度δ出现无限增长，进而残余转角θ大于0.12。

将残余转角θ与限值0.0069、0.029、0.065和0.12进行比较，车撞后钢管的塑性应变分布图如图5e所示，顶部迎撞面15和顶部背撞面16发生塑性变形，碰撞部位和柱底部钢管出现塑性铰，底部迎撞面13和底部背撞面14断裂，碰撞部位迎撞面11钢材断裂，柱顶轴向位移向下无限增大，表明撞击后的柱体模型31的损伤程度为完全失效，同时也表明柱体模型31对应的待检测底层柱1如果发生上述撞击其损伤程度也是完全失效，底层柱所在的框架结构g可能发生连续倒塌。