配筋率对不锈钢钢筋混凝土桥墩冲击性能的影响

为了研究配筋率对不锈钢钢筋混凝土桥墩的抗冲击性能影响,该次实验采用多功能超高重型落锤试验系统,分别对两组配筋率不同的不锈钢钢筋混凝土桥墩模型试件进行水平冲击试验研究,试验获取了试件的冲击力时程曲线、不锈钢钢筋应变时程曲线、位移时程曲线,试验结果表明:在相同冲击能量下,随着纵向配筋率的提高,不锈钢钢筋混凝土桥墩的抗冲击力提高,柱顶的位移减小,主要受力位置的不锈钢钢筋变形变小。     

水平冲击荷载下的桥墩动态响应模型试验

基于相似理论,按照1∶5的缩尺比例制作了钢筋混凝土圆柱形模型桥墩,并进行了水平冲击下的模型试验。水平撞击力采用研制的超高重型落锤水平牵引碰撞试验机施载,并专门设计了薄壁钢管缓冲器,以模拟碰撞过程中车头的柔性变形。模型试验获得了在水平冲击荷载作用下桥墩动态响应的撞击力、位移和钢筋应变等时程曲线,并与有限元计算结果作了比较。研究表明:桥墩在水平冲击撞击下,冲击力经历了动态波动,且最大冲击力发生在第一峰值;桥墩变形主要是弯曲变形,且在撞击点以下和附近最为突出;桥墩纵向钢筋应变小,远小于其屈服应变,处于弹性范围;冲击体一半以上能量被转化成桥墩的内能和动能,造成桥墩在冲击瞬间能量急剧增加。     

汽车冲击荷载作用下桥墩动力响应分析

为了研究钢筋混凝土桥墩的抗冲击性能,在已有试验的基础上,建立了与试验结果吻合良好的数值模型,验证了钢筋混凝土模型的合理性,并且建立了三维多跨钢筋混凝土桥梁与汽车的撞击模型.通过对不同混凝土强度的桥墩进行撞击分析,研究了冲击力时程曲线、桥墩变形、弯矩响应、剪力响应、轴力响应和桥墩振动周期与阻尼比.结果表明:提高混凝土强度不能显著提高桥墩的抗冲击能力,但可以降低桥墩的损伤;提高混凝土强度能够降低桥墩的峰值位移;提高混凝土强度能够降低桥墩的震动周期.     

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。     

闭孔泡沫铝压缩力学性能的实验和三维有限元模拟

基于X射线电子计算机断层扫描技术,建立了反映闭孔泡沫铝真实结构的三维有限元模型.对闭孔泡沫铝准静态和动态压缩力学性能进行了实验和数值模拟,分析了闭孔泡沫铝的变形特性及力学性能,验证了模型的可靠性.结果表明,准静态压缩下,试件主要沿加载轴45°方向产生塑性变形.压缩速率为低速时,其变形模式与准静态相同.闭孔泡沫铝试件截面上结构薄弱处首先出现应力集中,材料达到塑性屈服.在高速压缩下,试件加载端首先达到塑性屈服.比较闭孔泡沫铝不同应变率下的屈服强度,动态压缩下的屈服强度远高于准静态压缩下的.应变率280~700 s-1下,其屈服强度变化不明显,应变率继续升高至2 000 s-1,屈服强度略微提高.      

复合材料泡沫夹芯板低能量冲击响应试验研究

采用ASTM D7766/D7766M—15试验标准,对聚氨酯泡沫夹芯、T700/3234碳纤维增强树脂面板试验件采用落锤冲击,分析了不同冲击能量、不同泡沫芯材、不同冲头作用下复合材料泡沫夹芯板的冲击响应,发现其可以分为3种破坏模型.随冲击能量增大,最大冲击力增大,达到峰值的时间缩短,上面板损伤开始较早,结构损伤增大,泡沫夹芯板压缩量增大;密度较大的泡沫夹芯结构上面板产生的冲击力的峰值大、位移小、吸收能量多,下面板的变形减小,结构抵抗变形能力强,应变小;直径小的冲头穿透性强,上面板应变较小,下面板应变增大.     

RC梁冲击破坏机理试验研究与残余变形预测方法探讨

进行了3根剪跨比为3.58钢筋混凝土梁的落锤冲击试验和1个静力对比试验,重点研究钢筋混凝土梁在冲击荷载作用下的破坏机理和冲击能量对钢筋混凝土梁残余变形的影响规律.试验结果表明,在静力下发生弯曲破坏的梁在低速冲击下的裂缝形态以弯曲裂缝、弯剪裂缝为主,在高速冲击荷载作用下以腹剪裂缝为主.试验测试了冲击力、支座反力、跨中位移和跨中纵筋应变等动态时程曲线,通过分析其动态时程曲线结果,获得了钢筋混凝土梁的冲击破坏机理,即冲击作用下梁的破坏过程分为局部响应阶段和整体响应阶段.同时,还统计了国内外相关文献冲击试验结果,通过比较分析钢筋混凝土残余变形-冲击能量关系实验数据,探讨了冲击荷载作用下钢筋混凝土梁残余变形的经验公式的适用性和存在的问题.     

罕遇地震下薄壁带肋箱型钢桥墩抗震性能试验

为研究薄壁带肋箱型截面钢桥墩在罕遇地震作用下的非线性抗震性能,通过MTS伺服加载系统进行了3根试件的拟动力试验。试验采用了日本阪神地震中不同场地类型下的地震动时程(JMA波、JRT波、PKB波),得到了不同工况下试件的位移时程曲线、荷载—位移滞回曲线和累积滞回耗能时程曲线。试验结果表明:对于文中所采用的薄壁带肋方型截面钢桥墩试件,罕遇地震作用下3个试件的塑性铰位置均出现在底部,且均未出现剪切破坏现象;3根试件所对应的地震波输入工况中,JMA波作用下试件的损伤程度和位移响应均为三者中最小,PKB波作用下试件的损伤程度和位移响应最大,JRT波作用下试件的累积滞回耗能最大;试件的最大位移响应与输入地震波的峰值加速度大小并非绝对相关,还与地震波的输入能量、反应谱的特征周期等其他特征有关。     

泡沫铝芯体夹层板的抗侵彻性能试验研究

本文研究了不同冲击速度下泡沫铝芯体夹层板的动态压缩应力-应变响应特性和抗侵彻性能。试验结果表明:泡沫铝夹层板的动态应力应变曲线也具有泡沫材料的应力应变曲线的"三阶段"特征(elastic region,collapse region and densification region)。泡沫铝芯体夹层板与泡沫铝相比,具有更高的屈服极限和更好的缓冲吸能特性。     

小剪跨比钢管混凝土组合桥墩抗震性能试验研究

通过6个剪跨比λ=1.5桥墩试件的拟静力加载试验,研究了内置核心钢管对小剪跨比钢筋混凝土桥墩抗震性能的改善作用,并讨论了轴压比、纵筋率、配箍率和钢管率对小剪跨比钢管混凝土组合桥墩抗剪强度、变形能力、强度衰减以及累积耗能的影响.试验结果表明:钢筋混凝土桥墩试件在水平往复作用下呈脆性的剪切斜拉破坏,组合桥墩试件则表现为具有一定延性的剪切斜压破坏;内置核心钢管可延缓墩身的损伤发展并改变其脆性失效模式,从而使组合桥墩试件的抗震性能较普通桥墩对比试件有着明显提升;随着钢管率和配箍率的增加,组合桥墩试件的抗剪强度、位移延性和耗能能力均得到改善;组合桥墩试件的抗剪强度随轴压比和纵筋率的增加而提高,但位移延性和耗能能力变差.试验结果可为小剪跨比组合桥墩的理论研究和工程应用提供试验基础.     

闭孔泡沫铝特征统计及其变形行为实验研究

以椭圆拟合长方体闭孔多边形泡沫铝表面孔截面,运用统计学的方法研究了泡沫铝试件表面孔的大小、形状和方位等分布特征.统计结果表明:上述孔的各项几何特征参数除方位外服从高斯分布. 应用图像处理技术,获取了单轴压缩变形前后泡沫铝试件的表面图像.利用序列数字图像相关方法对泡沫纯铝变形前后的图像进行相关计算,获得了静态单向压缩条件下闭孔泡沫铝材料表面全场变形及局部孔结构的变形,同时根据试验结果计算了试件的名义应力-应变曲线,给出了压缩过程中孔壁的失效顺序和破坏规律.对块体材料的压缩实验表明,泡沫纯铝是以多个断裂带的形式破坏和吸收能量.     

单节段装配式桥墩抗震性能试验研究

与传统整体现浇桥墩相比,装配式桥墩具有工期短、环境影响小、施工质量高等优点.装配式钢筋混凝土桥墩的抗震性能是其设计时需要考虑的关键问题之一.试验设计了一组现浇式及两组装配式桥墩试件,采用拟静力试验方法从破坏形式、水平承载力、位移延性与累积耗能等方面研究其抗震性能.试验结果表明:与整体现浇式桥墩相比,装配式桥墩的水平承载力与前者接近,位移延性与累积耗能能力稍差,残余位移偏大;钢套筒连接装配式桥墩的位移延性与累积耗能能力优于金属波纹管连接装配式桥墩.     

弹丸侵彻闭孔泡沫铝冲击波形数值模拟

为分析弹丸结构参数及闭孔泡沫铝材料参数对冲击加速度响应的影响,建立了弹丸侵彻闭孔泡沫铝试验装置的动态非线性有限元模型。利用LS-DYNA软件模拟了弹丸冲击侵彻闭孔泡沫铝的波形发生过程。通过数值计算研究参数对冲击响应的影响,特别是对冲击过程中弹丸加速度峰值、脉宽及加速度波形的影响。研究发现,使用锥形头弹丸可获得较为平整的加速度波形;降低泡沫铝孔隙率、减小厚度、减小弹丸质量均会引起弹丸冲击加速度峰值的增大与冲击脉宽的减小;增大弹丸初速可提高冲击加速度峰值与脉宽。     

船舶撞击双柱式桥墩破坏模式分析

为了研究双柱式桥墩在船舶碰撞作用下的损伤破坏机理,对冲击作用下钢筋混凝土结构的材料本构、黏结模拟方法进行了分析。采用可以考虑开裂的混凝土连续光滑本构模型模拟墩柱混凝土材料,采用考虑应变速率的随动塑性强化模型模拟墩柱纵筋及箍筋;基于显式动力有限元软件LS-DYNA,在考虑双柱式桥墩纵筋配筋率变化及是否存在桩土相互作用的情况下,对驳船撞击双柱式桥墩进行动力仿真分析。研究结果表明:在船舶撞击作用下,混凝土双柱式桥墩的破坏过程可分为4个阶段:初始接触碰撞阶段、撞击墩破坏阶段、非撞击墩破坏阶段、系梁与墩柱连接破坏阶段;结构在碰撞接触区域发生了局部剥落损伤,同时在碰撞侧桥墩、非碰撞侧桥墩以及系梁连接处均发生开裂破坏,船艏经历了2次加载-卸载历程,船舶动能的76%转化为船艏及结构的内能;双柱式桥墩纵筋配筋率对结构的破坏模式影响明显,随着配筋率提高,桥墩墩柱逐渐由弯曲破坏转变为只出现少量横向裂缝;在配筋率为2%时,墩柱基本不发生弯曲破坏,而碰撞侧墩柱与系梁连接处属于双柱式桥墩薄弱构造环节,在不同配筋率情况下均发生破坏;桩土相互作用对桥墩的破坏模式影响显著,在计算分析时应予以考虑,在墩底固结情况下,桥墩主要发生剪切破坏。     

车桥撞击动力学分析模型

针对频发的车桥撞击事故,采用落锤冲击试验装置,进行了钢筋混凝土圆形桥墩模型在静力及侧向撞击荷载下的力学性能试验,建立了车桥撞击动力学分析模型。试验结果表明:桥墩撞击荷载下破坏模式与撞击力及材料动态性能相关;基于达朗贝尔原理建立的车桥一维碰撞的单自由度、双自由度模型求解撞击力与试验值基本吻合,峰值及平均值误差分别为-15.4%和14.5%。     

不同密度泡沫铝的静动态压缩力学性能

采用电液伺服万能试验机和改进SHPB直接撞击系统对不同密度梯度泡沫铝进行了准静态和动态压缩试验,获得了3种相对密度泡沫铝在不同应变率下的单轴压缩应力-应变曲线,分析了相对密度和应变率对泡沫铝力学性能、吸能特性的影响。结果表明：在同一种应变率下,随着相对密度的增加,泡沫铝弹性阶段屈服应力和平台应力显著提升,而致密应变则会提前。相对密度高的泡沫铝其单位体积吸收能量越多,两者呈现正相关性;相对密度低的泡沫铝其吸能效率越大,两者呈现负相关性。随着应变率的增加,泡沫铝单位体积吸收能量逐渐提高,吸能效率变化不大。     

GFRP管约束泡沫柱抗侧向冲击数值模拟

通过对玻璃纤维(GFRP)空管和GFRP管约束泡沫柱进行低速冲击有限元模拟,研究冲击高度对试件冲击力时程曲线和吸能效果的影响;将GFRP管约束泡沫柱与GFRP管约束混凝土柱的冲击力时程曲线进行对比,研究不同填充材料对试件冲击力时程曲线和吸能效果的影响。研究结果表明:随着冲击高度的增加,试件的冲击力峰值增大,试件的吸能效果降低;填充泡沫比填充混凝土具有更好的吸能效果,可以更有效抑制冲击荷载的增加;GFRP管约束泡沫柱抗侧向冲击破坏分为两个阶段,前一阶段GFRP失效,后一阶段泡沫复合材料芯材失效。     

钢管混凝土结构构件耐撞性能的试验研究

为研究钢管混凝土结构构件的耐撞性能,采用落锤式冲击试验方法对其抗侧向冲击性能及破坏特征进行研究.获得钢管混凝土试件在不同冲击能量下冲击力时程曲线和试件的最大侧向位移,并分析了试件破坏形态及特征.实验结果表明:管壁厚度一定时,冲击力时程曲线经历3个阶段:迅速加载、平台值和卸载;随着冲击能量的增加,试件的侧向挠度增大;当钢管混凝土受到侧向冲力时,构件有明显的屈服现象;冲击能量越大构件的动力响应越明显.表明钢管混凝土构件具有良好的抗冲击性能.     

冲击荷载作用下高强钢筋混凝土梁性能试验

为深入探讨冲击荷载作用下高强钢筋混凝土(RC)配筋梁的抗冲击性能,利用落锤试验机对6根简支RC梁进行了试验研究,分析了不同冲击锤质量和冲击能量下高强钢筋混凝土梁的抗冲击行为.采用高速摄像机记录了各试件在冲击过程中裂缝发生的过程,记录并分析了冲击力、支座反力和跨中位移时程曲线的特征.结果表明:冲击荷载作用下,剪切机理在结构整体反应中发挥重要作用,静态抗弯设计的梁也会出现明显的对称剪切裂缝,试件基体混凝土强度对整体反应影响不大,但能减小试件局部破坏程度;在已有数据与相关文献的基础上,建立了一个冲击荷载作用下试件最大跨中位移与试件本身抗弯承载能力之间的关系,用于验证两端简支的配筋RC梁(剪弯比1)的抗冲击性能;冲击荷载作用下,在外力传导至支座处之前的初始反应阶段,RC梁承受的冲击力基本被自身的惯性力所抵抗.结构自身的刚度和跨度是影响构件抗冲击能力的一个重要因素.     

闭孔泡沫铝应变率效应的试验和有限元分析

通过对具有不同孔隙率的闭孔泡沫铝在不同应变率下的动态压缩试验和数值模拟,研究了泡沫铝的应变率敏感性.结果表明:在准静态(0.001s-1)至2500s-1的应变率范围内,具有相同孔隙率的泡沫铝的静、动态单轴压缩变形模式相似,而具有不同孔隙率的泡沫铝的压缩变形模式则存在差异,高孔隙率和低孔隙率泡沫铝的应变率敏感性明显不同;基体材料的应变率敏感性决定了泡沫铝的应变率敏感性;微惯性、波效应和孔内气体压力对泡沫铝的平台应力不产生明显影响.