爆炸载荷作用下RC板的能量法优化设计

由能量法可知,钢筋混凝土(RC)板的抗力-位移(R-y)曲线下方面积代表板在爆炸荷载作用下可能吸收的能量.分析不同配筋率的R-y曲线下方面积,面积最大时的配筋率即可定义为相应设计的最佳配筋率.考患材料非线性及高应变率对混凝土和钢筋强度的影响,采用分层法迭代求解抗力-挠度(R-y)曲线.研究成果可供受爆炸荷载的RC板优化设计借鉴.     

高强RC板的抗接触爆试验分析

在接触爆炸荷载作用下,钢筋混凝土板是防护结构中受爆炸荷栽作用的主要受力构件,通过对5个不同配筋率的HHT600高强RC双向板和5个普通RC双向板在接触爆炸荷栽作用下的对比试验,考察了破坏形态,包括爆炸成坑、爆炸震塌和爆炸贯穿等现象,系统分析了这两种板的接触爆炸破坏特征和局部破坏效应。研究结果表明：提高板中的钢筋强度等级和钢筋配筋率,能改善钢筋混凝土板的抗爆性能。对爆炸成坑和结构震塌的主要影响因素得出了初步结论,为结构抗局部破坏设计和防护工程中遮弹层的研制提供了实验依据。     

近爆作用下方形板表面爆炸载荷分布函数研究

爆炸载荷作用的方式和大小是结构物遭受破坏的主要原因.目前的大多数研究都将爆炸载荷简化为双直线的形式,与实际的时程曲线差异较大,并且直接施加到结构上,回避了气体和结构间的流固耦合相互作用,对于近爆或内部爆炸将会对计算结果带来较大的误差.为了快速确定方形板近爆作用下结构表面的荷载,本文利用数值模拟方法研究了爆炸冲击波与结构的相互作用,提出了方形板结构表面上不同点处爆炸载荷的分布函数,并建立了板结构表面中心点处爆炸载荷参数的简化预测公式,利用这些公式提出了构建结构表面任意点处爆炸载荷的一般方法.结果表明,利用这些公式,可以预测任意尺寸结构构件在近爆爆炸环境中承受的爆炸载荷的各参数(峰值压力和冲量).     

钢筋混凝土板的爆炸荷载试验研究

在爆炸波的影响下,钢筋混凝土(RC)板(如:楼面和剪力墙等)既是建筑结构中受爆炸荷载作用的主要受力构件,又是建筑结构破坏的薄弱环节,而且,其破坏还直接导致建筑结构的整体刚度退化和动力响应升级.选择建筑结构中楼面设计常用的钢筋混凝土简支单向板为试验对象,对两个完全相同的试件分别进行独立的爆炸试验--爆炸I和爆炸II,分别观测钢筋混凝土板在弹性区域的动力响应(爆炸I)和塑性区域的破坏特征(爆炸II).实验为后续进行的受爆炸荷载的钢筋混凝土板碳纤维(CFRP)加固试验研究提供了有效的基础数据和可靠的参照,实验观测到的现象和数据也可供同类研究参考.     

爆炸冲击对多层钢框架连续倒塌性能的影响

以5层钢框架结构为对象,对钢框架在爆炸冲击作用下的连续倒塌性能进行了研究.采用备用荷载路径法,分别对钢框架结构进行了静力非线性、动力非线性以及爆炸冲击作用下的动力非线性连续倒塌分析.分析结果表明:在常规的静力和动力非线性分析中,该框架具有良好的抗连续倒塌能力;在5 kgTNT的初始爆炸冲击作用下,钢框架的变形比常规分析...     

爆炸荷载作用下植筋粘结应力有限元分析

为研究爆炸荷载作用下植筋的粘结锚固性能,采用ANSYS有限元分析软件,选取合理计算模型,对植筋试件在爆炸荷载作用下受力特性进行了数值计算。给出了爆炸荷载作用下锚筋动应变及动粘结应力的时程分布曲线和空间分布曲线,研究了锚长、加载速率和加载方式等各种因素的影响。最后将数值计算结果与试验值进行了比较,两者吻合良好。     

接触爆炸作用下板的塑性变形分析与实验

为了研究接触爆炸作用下板的塑性变形的塑性区范围和最大塑性变形量的计算,利用能量理论处理爆炸荷载作用下的板最大变形量的计算问题,利用固体介质应力波理论分析板塑性变形范围的计算问题.推导出接触爆炸作用下线性硬化材料板的最大变形量计算式和塑性变形范围的计算式.实验验证了接触爆炸作用下板的塑性变形范围和最大塑性变形量的计算公式的可靠性.实验结果和计算分析结果比较吻合.     

爆炸荷载下高强钢筋加强混凝土梁抗弯性能

为研究爆炸荷载作用下高强钢筋混凝土梁的抗弯性能,对不同钢筋强度的钢筋混凝土简支梁进行了爆炸试验,从构件的破坏形态、受力和变形特征分析了高强钢筋对试验简支梁抗弯性能的影响.结果表明:高强钢筋强度高的优势在爆炸荷载超过普通RC梁的屈服荷载后才能充分发挥.爆炸荷载较大时,裂缝数量较多的高强RC梁比普通RC梁具有更好的变形恢复能力,损伤程度显著减小.采用高强钢筋使得RC梁裂缝分布区域增大,在塑性变形阶段形成了梁长约60%的塑性区域,改变了RC梁塑性变形阶段的振型.     

内爆荷载作用下结构等效静载计算方法

爆炸发生在结构内部时，结构受到双重荷载作用：瞬时的冲击波荷载和长时间的准静态气体压力。针对内部荷载特点，采用等效单自由度法推导出了用于计算等效静载的动效系数解析式，并根据冲击波脉冲作用时间远远小于结构自振周期的情况，给出了简化表达式。参照此简化表达式，并根据计算的精确值，获得子具有明确的物理意义，可以代替原复杂解析式的精确简化表达式，为结构抗内爆炸设计提供方便。     

爆炸移除钢筋混凝土框架柱抗倒塌性能数值模拟

基于已有的爆炸移除钢筋混凝土框架柱的实验数据,利用有限元软件AUTODYN建立了一个分离式与整体式相结合的4层2跨钢筋混凝土框架结构的三维有限元模型,并采用三阶段分析法,对爆炸移除钢筋混凝土柱的结构动力响应和破坏形态进行了数值模拟,且考虑炸药、空气与结构的流固耦合作用和应变率对材料的动态本构特性的影响.在爆炸移除短边中柱与角柱两种工况下,计算得到的柱破坏形态和梁柱节点动态位移与实验结果吻合较好,还分析了柱内纵筋对RC框架结构的动态响应的影响以及柱的破坏失效过程.计算结果表明:对发生塑性和弹性变形区域分别采用分离式和整体式建模,不仅保证了钢筋混凝土框架柱的爆破作用过程数值模拟的真实性和适用性,又大量缩短了计算时间,可为今后爆炸荷载作用下RC框架的参数影响分析和连续倒塌破坏模式控制提供参考.     

结构整体效应对RC框架结构屈服机制的影响（一）：数值分析

建立3个钢筋混凝土空间框架模型分别代表实际的带楼板空间框架结构、设计采用的纯杆计算模型和考虑部分板筋参与作用的设想计算模型,采用ABAQUS进行仿真模拟,通过考察各模型在侧向荷载下的屈服机制、塑性铰开展情况、梁柱钢筋应力对比和板筋应力情况,研究现浇楼板和结构整体效应对框架梁端抗弯能力产生的影响。研究表明,现浇楼板的存在使得实际带楼板框架结构与设计采用的纯杆空框架模型屈服机制不一致;梁端抗弯能力发生超强的原因不仅在于现浇楼板板筋的参与作用,还在于整浇后的结构整体作用;采用有效翼缘宽度考虑板筋作用时,取为6倍板厚不能全面概括实际框架的受力情况,应考虑结构整体效应、侧移等因素的影响。     

混凝土独立基础底板抗拔承载性能试验

对16个不同宽高比、不同斜边坡度的混凝土独立基础底板进行了上拔试验,研究了此类基础底板的破坏模式与抗拔承载性能.基于试验结果,对比分析了斜边坡度与宽高比因素对底板抗拔承载力的影响.试验结果表明,在宽高比、底板尺寸、截面配筋均相同的情况下,抗拔承载力随斜边坡度的增大而明显降低;在斜边坡度、基础底板尺寸相同的情况下,随着宽高比的增大,抗拔承载力也逐渐降低.研究结果可为混凝土独立基础底板抗拔承载设计方法的提出提供试验基础.     

集中荷载下钢筋混凝土简支板双向受力性能分析

由于在钢筋混凝土简支板中,中置集中荷载作用下的双向弯曲很明显,特别是当板的宽跨比较大,集中荷载面积较小时,其双向作用更为明显,按常规设计往往只计算Mx方向配筋,而My方向则按构造配筋,工程上经常出现沿板跨度方向的裂缝,即板的纵缝,并且由于My方向配筋过少,板纵向裂缝的宽度远大于横向裂缝的宽度,因此在试验研究的基础上,分析了中置信中荷载作用下板的双向作用,并根据塑性铰线法及简化的计算模型,提出了控制板纵缝的My计算方法,可供工程设计参考。     

锈蚀钢筋混凝土墩柱的双向拟静力试验

为探讨钢筋锈蚀对混凝土桥墩抗震性能的影响,对2组共10个具有不同锈蚀率的钢筋混凝土墩柱模型进行双向拟静力试验,得到在两个不同轴压比下、钢筋不同腐蚀程度时的滞回曲线.分析了钢筋锈蚀率和轴压比对墩柱模型承载力、刚度、位移延性和滞回耗能等的影响,给出墩柱模型的骨架曲线和刚度退化曲线.结果表明,钢筋锈蚀在一定程度上可改变钢筋混凝土墩柱的破坏形态,尤其是在较大的轴压比下;钢筋锈蚀对钢筋混凝土墩柱的水平承载力和位移延性均有较大影响.     

钢筋混凝土剪力墙基于位移的变形能力设计方法

为了研究钢筋混凝土(RC)剪力墙的变形能力,建立了RC剪力墙屈服位移角和极限位移角的计算式。通过对106个试件的试验数据拟合分析,得到了计算式的相关参数,给出了RC剪力墙变形能力的计算方法。分析表明,RC剪力墙的屈服位移角与受拉钢筋屈服强度、剪跨比有关;RC剪力墙的极限位移角与配箍特征值、剪跨比和相对受压区高度等有关。在此基础上,提出了RC剪力墙基于位移的变形能力设计方法,得到了RC剪力墙在不同位移角要求下配箍特征值的计算公式。     

高延性聚酯纤维加固RC柱的抗震性能研究

为研究高延性聚酯纤维和增加柱脚配筋两种加固方法对RC柱的抗震性能的影响,进行了3组7根RC加固柱的水平低周反复荷载试验,分析试件的破坏特征、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及耗能。结果表明,采用高延性聚酯纤维加固的方法能够约束混凝土的横向变形,充分发挥钢筋的性能,对提高试件的延性和耗能效果显著。2层纤维带加固效果优于1层纤维带;但和增加配筋的加固方法一样,对提高试件的承载力效果一般。采用高延性聚酯纤维和增加配筋及其长度的综合加固方法,既能够有效地增加试件的承载力,而且显著地增大试件的延性和耗能,提高试件的抗震性能。     

钢筋混凝土肋梁楼盖的优化设计

采用鹰策略优化算法处理钢筋混凝土肋梁楼盖优化问题, 包括普通楼板和地下车库顶板的优化. 对于不同的柱网情况, 在满足相应约束条件的情况下, 以造价为目标函数, 得出最优的梁平面布置方式、梁板的最优截面尺寸及对应配筋. 结合国家规范, 对一个 8 m$\times $6 m 柱网的车库顶板及普通楼板的梁板结构布置分别进行整体优化, 优化效果良好, 可应用于实际 工程.     

钢筋混凝土相互作用效应的钢筋刚化模拟

为了分析大体积钢筋混凝土配筋结构的承载能力,发展了钢筋刚化方法。通过调整钢筋刚度模拟钢筋混凝土受拉刚化效应,推导了刚度调整后的钢筋一维本构关系,并与混凝土弥散裂缝模型结合构成钢筋混凝土分析程序。分别采用钢筋刚化模型和传统的混凝土刚化模型,模拟了McNeice钢筋混凝土板试验,二者得到了一致的计算结果,并均与试验结果高度吻合。结果表明:本模型可以反映受拉刚化效应对结构刚度的贡献,可用于分析钢筋混凝土结构的承载能力。     

钢筋混凝土相互作用效应的钢筋刚化模拟

为了分析大体积钢筋混凝土配筋结构的承载能力,发展了钢筋刚化方法。通过调整钢筋刚度模拟钢筋混凝土受拉刚化效应,推导了刚度调整后的钢筋一维本构关系,并与混凝土弥散裂缝模型结合构成钢筋混凝土分析程序。分别采用钢筋刚化模型和传统的混凝土刚化模型,模拟了McNeice钢筋混凝土板试验,二者的计算结果一致,并均与试验结果高度吻合。结果表明:本模型可以反映受拉刚化效应对结构刚度的贡献,可用于分析钢筋混凝土结构的承载能力。