钢结构具有材质均匀、可靠性高、强度高质量轻、塑性韧性好、便于机械化制造和施工安装方便等优势。随着钢结构在建筑工程领域的广泛应用,其稳定性和安全性也得到了广泛的关注。从施工开始钢管梁、柱不仅要承受正常设计荷载作用,而且会遭受冲击荷载作用,比如受到冲击、爆炸等偶然或蓄意人为因素影响,甚至还会同时承受火荷载作用。在自然灾害和人为因素的影响下,钢管建筑通常存在着潜在的安全隐患,在冲击荷载、火荷载甚至冲击荷载与火荷载耦合作用下,钢管构件承载力会下降,产生局部变形、整体弯曲变形,同时上部重物的坠落会引起结构的二次伤害,甚至因为构件的失效,引起整体结构的倒塌。因此,对钢管结构在冲击和温度耦合作用下的响应模式的研究具有十分重要的意义,不仅可以为结构抗火、抗冲击设计提供参考依据,也可为现有建筑结构的加固预防提供指导。本文通过试验和有限元分析手段研究火与冲击耦合作用下钢管梁、柱的力学响应。其主要内容包括:(1)利用火与冲击耦合试验装置分别进行了耦合环境下钢管梁、柱的试验研究。首先介绍了钢管梁、柱试件的制作流程。火与冲击耦合试验过程中利用高速摄像机记录钢管梁、柱动态响应完整过程,得到钢管梁、柱试件的瞬时照片。试验研究表明,钢管梁塑性变形模式受温度和输入动能两个因素影响,钢管柱塑性变形模式受温度、输入动能和轴压比三个因素影响。1)对于钢管梁,当温度较低时,撞击初期,撞击区域产生局部变形,撞击中后期,随着局部变形的加大,试件出现整体弯曲变形;当温度较高时,钢管梁在冲击载荷作用下会出现整体的扁平化,撞击区域上下表面将发生碰撞。2)对于钢管柱,变形前期与钢管梁类似,但是由于存在轴力作用,使整个变形过程更加迅速而且钢管柱跨中挠度更大。在轴力、温度和冲击荷载共同作用下,钢管柱还会发生垮塌现象;在轴力作用下,温度升至较高时,钢管柱会发生屈曲。(2)应用通用有限元软件ABAQUS,采用shell单元模型,对钢管梁进行了均匀温度与非均匀温度两种情况火与冲击耦合作用的分析。数值结果表明,1)钢管梁在冲击荷载作用下的耗能主要集中在跨中受冲击区域和两端支座处;2)温度较低时,冲击力时程曲线趋势以及最大冲击力较为接近,温度较高时由于材料性能的退化,最大冲击力明显减小但下降缓慢;3)冲击荷载一定时,跨中上下部位挠度随着温度升高而升高:温度较低时不同温度间挠度变化较小,当达到一定温度时跨中挠度会骤增。(3)应用ABAQUS,采用shell单元模型,对钢管柱进行了均匀温度与非均匀温度两种情况火与冲击耦合作用的分析。数值结果表明,1)钢管柱在冲击荷载作用下的耗能区域主要集中在跨中和固定端;2)轴力、温度一定时,冲击荷载越大,跨中上、下表面位移越大,即整体变形和局部变形越大,同时端部位移也随之增大,但是都会收敛于某一定值。当冲击荷载达到一定值时,钢管柱会发生垮塌,此时跨中上、下表面位移以及端部位移都不再收敛于某一定值。3)当温度T一定时,能量比R随着轴压比μN的增大而减小。当轴压比μN一定时,能量比R随着温度T的增大而减小。4)在安全区域内,柱构件不会发生垮塌;在安全区域外,柱构件发生垮塌;曲线为临界值。随着温度T和轴压比μN的增大,安全区域逐渐变小。本文研究加深了对钢管梁、柱在火灾、冲击二者耦合环境下的动态响应行为的理解,对今后的理论研究、工程设计具有重要的指导意义。