锤头曲率半径对RC梁抗冲击性能影响

为了研究锤头曲率半径对钢筋混凝土(RC)梁的抗冲击性能影响,对Kazunori Fujikake等人完成的RC梁冲击试验建立精细化有限元模型,并与试验结果进行对比验证有限元模型的准确性。并基于已验证的有限元模型开展拓展参数分析。有限元分析表明:所建立的精细化有限元模型能够较好地模拟混凝土梁在冲击荷载作用下的动力响应;随着锤头曲率半径的提高,落锤与RC梁之间接触刚度提高;冲击加载速率越高,冲击力峰值越大;在不同的落锤初始倾斜角下,当锤头具有一定曲率时,冲击力峰值更加稳定;随着锤头曲率半径的提高,冲击力峰值随着冲击速度增长更快;锤头曲率半径越小,局部破坏越明显。     

落锤冲击作用下钢筋混凝土梁的动态响应

为研究钢筋混凝土梁在不同冲击速度下的动态变形规律,利用落锤冲击试验装置和二维数字图像相关系统,对12根钢筋混凝土梁的冲击力时程、平均跨中位移变化过程、跨中钢筋的平均应变时程以及裂缝的形成与扩展过程进行分析,重点讨论了梁的变形破坏模式及动态响应过程。研究发现：不同于静态三点弯曲试验的弯曲型破坏,钢筋混凝土梁的动态破坏形态主要表现为弯剪型破坏;冲击力峰值明显大于静态加载的承载力峰值,在恒定冲击质量的条件下与冲击高度正相关;钢筋混凝土梁的位移响应过程明显滞后于冲击力的响应时程,挠曲变形所持续的时长约为冲击力作用时长的40~60倍,位移响应表现出明显的滞后性;钢筋是否进入屈服阶段以及维持时长显著影响梁的最大位移以及残余位移。     

侧向冲击下方钢管混凝土构件动力响应的参数研究

运用ABAQUS/Explicit有限元软件对方钢管混凝土(CFRST)构件的侧向冲击过程进行数值模拟,研究冲击高度、截面含钢率、冲击位置、材料强度、构件长细比等对方钢管混凝土构件冲击力和挠度变形的影响;基于刚塑性梁理论,提出计算方钢管混凝土构件截面动力受弯承载力提高系数的实用计算公式。研究结果表明:截面含钢率和长细比是影响冲击持续时间和冲击力平台值的敏感因素;减小冲击高度和构件长细比,增加截面含钢率可显著减小构件冲击点处的挠度;钢材屈服强度、截面含钢率、长细比和冲击速度是影响构件截面动力受弯承载力的重要参数。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗冲击荷载数值模拟研究

为研究冲击作用下锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能与破坏模态,本文通过Fujikake等进行的混凝土梁冲击试验,校核了有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立的钢筋混凝土梁结构精细化有限元模型的冲击力时程曲线、跨中位移时程曲线和破坏模态的准确性。在已验证有限元模型的基础上,研究钢筋锈蚀率对混凝土梁抗冲击性能的影响。有限元分析表明：混凝土构件在冲击作用下导致的混凝土剥落程度随钢筋锈蚀率的增加而增加。各冲击高度下的锈蚀钢筋混凝土梁均表现出弯曲破坏特征。钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件的抗冲击性能具有一定的影响,在相同落锤冲击高度下,冲击力峰值随钢筋锈蚀率的增大逐渐减小,跨中位移随钢筋锈蚀率的增大而增大。当冲击高度为3.0m时,锈蚀率为30.0%时的冲击力峰值降低到未锈蚀时的17.9%,跨中位移为增加到未锈蚀时的33.3%。     

配筋超高性能纤维增强混凝土梁抗冲击性能的多目标优化

为解决超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC)梁的抗冲击性能和经济成本之间的主要矛盾,对其开展了多目标优化研究。首先,建立以最大冲击力和比价能为目标响应,UHPFRC梁截面高宽比、UHPFRC强度、受拉钢筋配筋率和体积配箍率为设计变量的多目标优化数学模型。然后,基于响应面试验设计选取样本点,通过非线性接触有限元分析,建立高阶的响应面代理模型;利用方差分析等统计分析技术进行整体拟合效果的验证及预测精度的评估,并分析参数变化的敏感性。最后,将响应面代理模型与多目标遗传算法结合,形成了UHPFRC梁抗冲击性能多目标优化分析方法。研究结果表明:在UHPFRC梁中适当地增加受拉钢筋配筋率及提高截面高宽比,采用强度较低的UHPFRC材料,能显著提高其比价能,并降低冲击瞬间的抗力;提高截面高宽比能改善梁的抗冲击性能,但也会导致接触力增大;提高UHPFRC强度,会增强表面接触刚度,造成冲击瞬间抗力增大,且对比价能的提升作用较小;受拉钢筋配筋率的提高不仅能改善UHPFRC梁的耗能能力,且对冲击力的影响甚微;箍筋用量的改变,不会对最大冲击力和比价能等响应产生明显效果;响应面代理模型可以有效用于UHPFRC梁冲击动力响应的预测及可靠度分析,与多目标遗传算法结合能得到满足不同设计要求的Pareto前沿面,并可给出每组目标函数值对应的设计参数;上述优化方法与思路能较好地应用于类似问题(如滚石撞击、车撞和船撞)的优化设计中,也可促进UHPFRC有效地应用于冲击防护结构中。     

不锈钢钢筋等截面替代RC梁撞击力学性能试验研究

利用不锈钢钢筋等截面替代普通钢筋混凝土梁中的受力钢筋解决海洋环境中钢筋腐蚀等问题,采用国内先进的超高重型落锤冲击试验机系统对六根钢筋混凝土梁进行竖向抗冲击试验,采集撞击过程中的冲击作用力、试件测点的位移和应变,并进行分析.结果表明:(1)配筋率较小时(0.21%～0.58%),不锈钢钢筋等截面替代普通钢筋后能有效提高梁整体刚度及弹性恢复能力,降低结构变形,可采用不锈钢钢筋等截面替代普通钢筋解决钢筋腐蚀问题;(2)配筋率较大时(1.04%～2.20%),不锈钢钢筋等截面替代普通钢筋后延性较差,特别是冲击能量较高时,脆性性质更加明显.     

受压区侧面粘贴钢板的钢筋混凝土梁短期刚度研究

对受压区侧面粘钢混凝土梁进行了静力试验,试验中测量了不同集中荷载作用下的钢筋混凝土梁在不同配筋率、不同粘钢截面面积时的跨中挠度。考虑粘贴钢板的作用,将受压区粘贴的钢板换算成混凝土,得到一个T形截面,给出了考虑粘贴钢板作用的混凝土梁短期刚度计算方法。讨论了集中荷载、配筋率和粘钢截面面积等因素对受压区侧面粘贴钢板的钢筋混凝土梁短期刚度的影响。     

弧齿锥齿轮传动内部动态激励数值仿真

建立了弧齿锥齿轮传动的三维几何模型及有限元静力和动力接触分析模型.采用ANSYS软件对静力分析模型进行接触分析,得出弧齿锥齿轮传动的啮合刚度激励;采用LS-DYNA软件计算轮齿的啮入位置及主、从动轮的相对转速,对其啮入冲击特性进行数值仿真;用半正弦函数模拟误差激励曲线.综合考虑齿轮刚度激励、误差激励及啮入冲击激励得到弧齿锥齿轮传动的内部激励曲线.仿真分析得出负载对冲击有较大影响;冲击时间与冲击速度无关,冲击力与冲击速度成正比;齿轮侧隙及轴交角误差将导致冲击时间滞后,同时引起冲击力增大;侧隙对冲击时间滞后影响较大,轴交角误差对冲击力大小影响较大.     

长期受弯构件应力应变分布及变形规律研究

通过全面考虑混凝土徐变收缩、裂缝影响及应力重分布变化过程,推导了适于不同应力分布条件下钢筋混凝土受弯构件截面长期应力应变分布规律的计算方法.提出了钢筋混凝土构件收缩翘曲变形影响系数曲线及曲率计算公式,并建立了分析预测受弯构件初始及长期总变形的通用分析方法.考虑截面非线性应力分布曲线,对各类受弯构件长期徐变收缩效应及变形进行分析,通过了试验验证.研究归纳了配筋率、截面尺寸等影响受弯构件长期挠度变化规律的主要因素.分析表明,钢筋能有效约束受弯构件长期徐变变形,而收缩翘曲变形大小及方向则主要取决于拉、压钢筋配筋率比值;在同等的初始抗弯刚度或截面积条件下,宽扁梁长期变形增长较普通梁显著.     

低速冲击下钢筋混凝土深梁抗冲击性能及其损伤评估

为研究钢筋混凝土深梁在低速冲击下的抗冲击性能和损伤机理,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同冲击速度下深梁动力响应进行模拟.分析深梁的动态损伤过程及横截面的损伤分布,采用截面损伤因子对钢筋混凝土深梁的损伤程度进行定量评估;进一步分析边界条件、冲击位置对深梁抗冲击性能和损伤的影响.分析结果表明:建立的模型可以合理模拟低速冲击下深梁的动力响应;低速冲击下深梁先在局部范围内形成损伤,再向整体扩展,在回弹变形阶段冲击位置处局部损伤二次增大;冲击速度对深梁冲击位置附近的截面损伤程度影响显著;增强边界约束条件,能够提高低速冲击下深梁承载力,降低损伤程度;冲击位置对深梁的竖向变形和破坏位置有明显影响,但对损失程度影响轻微.     

强夯参数对夯击效果影响的室内模型试验研究

为了研究强夯法的加固机理和强夯过程中土体的变形规律,专门设计了半模试验箱和用于测试动应力的微型土压力盒,采用半圆形夯锤,进行强夯法加固粉土地基室内模型试验.分析夯击次数、落距、能级和锤径等参数变化时,土体内部动应力和位移的变化规律,研究各种参数变化对强夯加固效果的影响.试验结果表明:在能级一定时,单击夯沉量和影响深度随着夯击次数的增加而逐渐减小,累积夯沉量和影响深度随着夯击次数的增加而逐渐增加;在不同能级作用下,随着落距的增大,影响深度总体是在不断地减小;夯坑深度和影响深度都随着能级的增加而逐渐增大,影响深度与夯坑深度比值介于3～4之间;影响深度随着锤径的增大而减小,影响宽度则随着锤径的减小而有所增大.     

SMA增强复合材料梁的低速冲击响应分析

以形状记忆合金纤维增强复合材料梁为研究对象，应用有限元法对其低速冲击响应进行了分析。采用Newmark直接积分法求解有限元动力方程，并考虑了形状记忆合金对刚度矩阵的影响；同时，利用Hertzian接触定律确定冲击接触力；分析结果表明形状记忆合金能有效地改善复合材料梁的低速冲击响应能力，它的最大位移与最大压应力都有明显减少。     

崩滑岩体对埋地管线横向冲击作用的数值模拟

采用离散元软件3DEC对高速下落岩体冲击地面、引起埋地管道动力响应的过程进行数值模拟,考察影响管道表面土压力和管道变形的主要因素.结果表明:冲击荷载作用下管道表面土压力分布非常不均匀,靠近管道顶部的区域是主要影响区,冲击作用面积是主要影响区范围的决定性因素;落体质量和冲击速度是影响管道表面最大土压力的主要因素,落体对管道表面土压力沿纵向的影响范围大致为冲击作用半径的2倍;落体速度相同时,落体质量对管道变形的影响比冲击作用面积更显著;增大管道埋深可以减小管道的冲击变形量;与采用较硬的黏土作为管沟填充料相比,无黏性砂填充时冲击荷载更容易引起管道发生较大变形.     

体外预应力钢筋混凝土梁非线性静力分析

为了研究体外预应力结构的非线性性能,在截面条带法的基础上,将体外钢筋对梁的作用力看作是梁的外力,分析了体外钢筋应变和应力增量与梁体挠度之间的关系,建立了一种新的体外预应力钢筋混凝土梁非线性分析方法,避免了变形不协调和二次效应的影响,计算结果与有限元模拟结果和试验数据进行了比对分析。结果表明,该方法能较好地模拟外预应力钢筋混凝土梁从加载至破坏的全过程,并指出非预应力筋配筋率、初始预应力大小和高跨比等对梁承载力都有重要的影响。     

高能级强夯黄土地基振动衰减规律模型试验研究

为研究高能级强夯黄土地基的振动传播衰减规律，基于室内模型试验，通过布设竖直向、水平向及对角向三条测线，分别研究了夯击次数、含水率、夯击能、落距和锤径等参数变化对高能级强夯黄土地基的振动影响，并结合甘肃庆阳黄土高能级强夯加固项目现场振动测试结果，对比验证了室内模型的可靠性。研究结果表明：对于黄土地区，当达到一定夯击次数时，继续增加夯击次数无法进一步提升强夯加固效果，可根据所测得的振动加速度最大值判断最小振动安全距离，在计算振动安全距离时只需采用地表上的振动加速度；地基土含水率的改变对振动加速度的影响较小，当含水率为最佳含水率时，振动加速度峰值较其它含水率地基略高，衰减幅度略大，加固范围略广；能级的改变对振动加速度的变化影响较大，能级越大，振动越强烈，影响范围越广；“轻锤高落”与“重锤低落”产生的振动衰减速率相近，但“重锤低落”加固深度更深，影响范围更广，实际工程应优选“重锤低落”；相较于小锤径夯锤，采用大锤径夯锤的加固深度稍浅，地表振动影响范围更广，实际工程应优选小锤径夯锤；模型试验与现场监测数据拟合的振动加速度衰减曲线可较好的衔接，证明了室内试验结果的可靠性。     

基于Ls-dyna的射流式冲击器冲锤结构

基于Ls-dyna显式非线性动力学分析方法,建立"冲锤-钻头-岩石"碰撞模型,对射流式冲击器冲锤结构参数进行研究.分析等速度等质量冲锤与不同种类岩石撞击时,冲锤长度及直径变化对能量传递的影响.结合应力强度分析,探讨射流式冲击器冲锤合理结构.研究结果表明:岩石吸能值随冲锤直径减小单调提升;冲锤长度存在最优值,超过或低于最优值,岩石吸能值均减少;岩石可钻性等级或冲锤冲击末速度越高,冲锤结构改变对碎岩影响越小;最大应力始终出现在钻头尾部,相对面积小的撞击面边沿会出现应力集中,冲锤设计需兼顾钻头许用强度.     

锤击作用下钢筋混凝土框架倒塌性能试验研究

为研究钢筋混凝土平面框架结构在局部构件失效后的静、动力特性,完成了两榀两跨单层平面框架试验,其中一榀框架用于静载试验以获取框架静力特性数据,另一榀框架分别在空载、均布线荷载情况下采用锤击法进行动力试验,获取试验框架的位移、加速度和钢筋应变等动力响应数据.通过对比分析静载与动力试验结果,研究框架梁在锤击过程中的受力特性.试验结果表明:在大当量力锤锤击作用下,动力位移幅值与输入冲量近似呈线性关系,随着锤击力的增加,结构阻尼变化较小,频率下降.布有均布线荷载的框架梁在锤击荷载作用下产生了拱效应,刚度略有提高.尽管力锤最大锤击力超过框架梁最大抗力,但冲击能量不可使其发生倒塌.