爆炸荷载下钢筋混凝土柱的动力响应及破坏形态分析

在冲击、爆炸荷载作用下结构底层柱的破坏可能导致结构的连续倒塌.利用LSDYNA对爆炸荷载下钢筋混凝土柱的动力响应进行了数值模拟.建立了三维实体钢筋混凝土柱模型,爆炸荷载施加在柱子的前表面.钢筋采用塑性硬化模型.混凝土材料采用脆性损伤模型,考虑了损伤及应变率效应.分别对矩形截面、方形截面的柱子在不同折合距离时的侧向位移和失效情况进行了分析.从结果可以看出,在配筋率相似的情况下,截面面积对柱子的动态响应具有显著的影响.当折合距离约为2.0时,爆炸荷载对两种截面钢筋混凝土柱的影响均可以忽略不计.     

钢管混凝土短柱内部抗爆炸性能的有限元数值模拟

当前军事高技术武器的不断涌现及未来战争中攻防战略发展,对防护工程的抗力水平提出了更高的要求.文章运用LS-DYNA3D程序,对普通混凝土短柱和钢管混凝土短柱在相同爆炸荷载作用下的情况进行了数值模拟,并对它们产生的爆炸腔,节点位移结果进行了比较.结果表明:钢管混凝土结构能够有效地约束核心混凝土的变形,改善了结构的抗爆炸性能,增强了结构的韧性和牢固性.     

火灾下钢管混凝土叠合柱-RC梁平面框架内力重分布

火灾下钢管混凝土叠合柱-RC梁平面框架结构会产生膨胀变形.由于框架梁、柱的相互约束作用,框架结构不能自由膨胀变形,结构中发生内力重分布,影响框架结构的耐火性能.建立钢管混凝土叠合柱-RC梁平面框架有限元模型,用现有相关试验数据对有限元模型进行对比验证.利用该有限元模型在荷载和ISO-834标准升温作用下对钢管混凝土叠合柱-RC梁平面框架结构的内力重分布进行分析,并进行柱火灾荷载比和梁火灾荷载比不同作用下框架结构内力重分布的参数分析.研究表明:框架结构特征截面处内力变化剧烈;柱火灾荷载比和梁火灾荷载比对框架结构内力重分布产生显著影响,火灾作用下框架节点处梁端弯矩最大值约为常温值的3.8倍,应加强结构节点设计.     

浅水爆炸冲击荷载下高拱坝抗爆性能分析

水下爆炸冲击荷载作用下大坝动力响应较之静态荷载和地震荷载作用下要复杂得多.通过构建高拱坝水下爆炸大型数值全耦合模型,考虑混凝土材料的高应变率效应,采用三维非线性有限元法对近水面水下爆炸冲击荷载作用下的大坝动态响应进行了全性能数值仿真,探讨了高拱坝在浅水爆炸冲击荷载作用下的动力响应、潜在破坏模式及失事机理,研究了爆心距及炸药量对大坝抗爆性能的影响.研究结果表明:拱坝由于其拱形受力特点,具有较高的承压能力;在常规小当量炸药爆炸冲击荷载作用下,坝体仅产生局部开裂破坏;当大当量高能炸药在库区浅水近场爆炸时,上游面坝顶中部发生严重压碎和剪切破坏并形成上下游贯穿的裂缝,且裂缝向坝体下部扩展至1/2坝高处,导致坝体产生严重破坏.     

钢管自应力混凝土短柱长期荷载作用下变形性能研究

采用硫铝酸盐自应力水泥配制的膨胀混凝土代替普通混凝土浇筑于钢管中形成了钢管自应力混凝土结构,对7根钢管自应力混凝土短柱试件长期荷载作用下的变形性能进行了试验研究.在此基础上,考虑了自应力的初始约束效应,基于ACI209委员会推荐的混凝土徐变系数,采用龄期调整的有效模量法,对试件在长期荷载作用下的变形曲线进行了计算,试验...     

配筋钢管混凝土柱抗火性能试验研究

为了提高钢管混凝土柱的抗火性能,在钢管混凝土柱中配置纵向钢筋和箍筋.对3根配筋钢管混凝土柱和1根钢管混凝土柱在恒定轴压荷载、两端简支条件下进行了火灾行为的试验研究.研究了配筋钢管混凝土柱的火灾反应、变形和破坏过程,测量了钢管混凝土柱截面温度场,并分析了钢管和配筋对钢管混凝土柱抗火性能的影响.试验表明,试验柱的破坏形态都是弯曲型,高温下配筋钢管混凝土的钢管退出工作后,由内部的钢筋混凝土圆柱承受荷载,其耐火极限比不配筋的钢管混凝土柱大得多,并且纵向钢筋数量多的配筋钢管混凝土柱,其耐火极限比配筋少的要大.对试验结果分析表明,耐火极限的计算值和试验值符合较好.     

钢纤维混凝土板抗爆数值模拟

钢纤维混凝土由于其优良的强度和延性而在防护结构中被广泛应用.对四边简支的钢纤维混凝土板在爆炸荷载作用下的响应进行了数值模拟,比较分析了折合距离、板厚度对其动态响应的影响.钢纤维混凝土的本构模型采用J-H-C模型,考虑了损伤和应变率效应.从计算结果可以看出,在炸药量相同的情况下,折合距离、板厚均对板中心的位移有较大的影响.研究成果可以对防护结构的设计提供理论参考.     

钢骨-钢管高强混凝土柱抗火性能试验研究

钢骨-钢管高强混凝土柱是一种组合柱设计的新模式,通过钢骨-钢管高强混凝土柱与普通钢管高强混凝土柱的对比轴向负荷和抗火试验,研究了钢骨-钢管高强混凝土柱的耐火性能.试验结果表明,在相同的荷载水平下,两种组合柱的轴向变形均呈现三阶段变化规律:初始膨胀变形阶段、材料损伤导致的压缩变形稳定发展阶段和压缩变形急剧增长的破坏阶段;钢骨-钢管高强混凝土柱的压缩变形稳定发展阶段较普通钢管高强混凝土柱长很多,从而使钢骨-钢管高强混凝土柱的耐火极限达到166 min,而钢管高强混凝土柱仅为46 min,由此可见在钢管高强混凝土柱中加入型钢可显著提高柱子的耐火性能.研究成果可为有关钢骨-钢管高强混凝土柱工程抗火设计提供参考.     

钢管橡胶混凝土柱滞回性能数值分析

为研究橡胶混凝土的单轴受压力学性能,得到钢管橡胶混凝土在单轴受压荷载作用下的应力-应变全曲线.试验采用位移加载控制方式获取了不同配合比相应的应力和应变数据,并采用ABAQUS混凝土塑性损伤模型验证,计算分析了不同长细比参数控制下普通钢管混凝土柱和钢管橡胶混凝土柱的滞回性能.研究结果表明:橡胶钢管混凝土柱虽然具有良好的变形性能,但由于其承载力大幅下降,橡胶钢管混凝土柱的耗能性能低于普通钢管混凝土柱.钢管橡胶混凝土柱的抗震性能评价仍需进一步研究.     

方钢管混凝土柱滞回性能研究

以含钢率、长细比、材料强度等为主要参数,在确定钢材和核心混凝土在循环荷载作用下的应力-应变关系模型的基础上,利用有限元软件ANSYS,对方钢管混凝土柱在循环荷载作用下全过程进行了计算,以模拟地震作用下方钢管混凝土柱的实际受力性能。研究表明:方钢管混凝土柱荷载-位移滞回曲线呈比较饱满的"梭形",没有明显的捏缩现象,达到极限荷载后,仍表现出良好的延性和后期变形能力,能够满足实际工程中大跨度、重荷载的要求,是一种良好的结构形式。     

超高强活性粉末混凝土防护门抗破片试验

为了提高防护门抗破片能力,在已有研究成果的基础上,选用超高强活性粉末混凝土,设计制作了一系列防护门试件。利用破片发生器对普通钢筋混凝土防护门和研制的活性粉末混凝土防护门进行了破片打击对比试验,试验结果表明:活性粉末混凝土防护门抗破片侵彻能力显著提高,抗打击能力强,是普通钢筋混凝土防护门的2倍以上。     

中深孔爆破振动加速度峰值的遗传BP网络预测

为准确预测爆破振动加速度峰值,保证爆破安全,相对于考虑因素少的经验公式法以及存在收敛性差、易陷入局部极小和计算复杂等缺陷的BP算法,提出了遗传BP神经网络算法,该算法具有更高的预测精度。以田湾核电站船山二期工程的试验数据为背景,比较分析并选择最大段药量、水平距离、总药量、高程差、爆破台阶高度和段别规模等6个参数作为输入层因子,建立了相应的爆破振动加速度峰值预测模型。结果表明,预测精度达到96.97%,验证了方法的可行性和有效性。     

基于有限元和试验的钢管混凝土柱IMS抗震

为了研究钢管混凝土柱IMS结构的抗震性能,运用了有限元理论分析钢管混凝土柱IMS(institute for testing of materials republic of serbia)结构抗震性能,并与抗震试验数据进行对比,检验其抗震性能.通过运用有限元软件建立2层钢管混凝土柱IMS结构模型,对所建立的结构形式进行弹性反应谱分析及弹塑性时程分析,并与振动台试验数据进行比较分析.理论分析与振动台试验均表明,该结构体系能很好地满足8度二组II类场地地区小震的作用.弹塑性时程分析及静力弹塑性分析结果表明,该体系也能很好地满足8度地区大震作用的抗震设防.钢管混凝土柱IMS的抗震性能满足要求.通过有限元理论和试验相结合的方法,得出钢管混凝土柱IMS抗震性能参数,从而为钢管混凝土IMS的设计计算和制定相关规范的提供科学的依据.     

基于模糊随机损伤力学的模糊自适应有限元分析

为延拓非确定损伤理论研究以揭示损伤力学本质,基于损伤、概率、模糊隶属度在[0,1]区间上协调一致性提出模糊随机损伤力学观念.构造解释了3类损伤变量模糊性态及对应模糊映射分布,即降半分布、"秋千"分布和组合"秋千"分布,实现了随机损伤变量模糊化自适应生成与构建.依据扩张原理及随机损伤变量满足β概率分布,对模糊集上随机损伤变量的CDF、PDF积分修正,结合当量正态理论,将3类模糊随机损伤泛函引入本构方程,完成模糊随机有限元可靠度与模糊随机损伤同步分析.用自主研制分析软件对龙滩碾压混凝土坝做三维模糊随机损伤场力学性态研究,由复杂随机场与模糊随机损伤分析的成功融合证明分析方法是适用的、可行的、必要的.     

遮弹层震塌碎块对成层式结构顶板的冲击破坏效应

为了弄清采用空气分配层情况下遮弹层的震塌碎块冲击结构顶板引起的混凝土板的整体动力响应和局部破坏效应,利用系统能量平衡原理对冲击的整体响应进行分析,并利用有限元方法模拟了碎块与靶体的碰撞过程.结果表明:震塌碎块的冲击对混凝土板的破坏效应以局部破坏为主,冲击造成的结构整体作用可以忽略不计;板内设置钢筋网可以有效地减缓顶板结构内部裂缝的产生和背表面震塌的发生,顶板背表面粘贴钢板可以有效阻止板的震塌破坏.     

地下建筑遭受恐怖爆炸袭击的数值模拟

地下建筑内一旦发生爆炸,其影响范围可能波及地面数百米的范围.为了深入了解地下爆炸过程及其影响范围,采用数值计算方法,对一个典型的地下建筑在爆炸荷载作用下的响应进行了数值模拟.模拟了爆炸波在地下建筑内以及经由楼梯、电梯井直至地表的传播过程,并且计算了爆炸波引起的地面震动.还根据美国DoD规范和北约NATO规范规定的压力和地面震动的安全准则,对数值模拟结果进行了分析,从而得到了地下建筑内发生爆炸事故对地表的影响范围.     

地下管道结构爆振效应和冲击破坏行为实验

通过小当量爆炸实验研究爆源近区地下结构动力响应和材料破坏行为.研究了地下管道结构的爆炸振动效应,分析了混凝土材料在爆炸冲击波作用下的破坏行为.结果表明,爆炸振动波使地下管道结构发生以瞬态径向压缩为主的变形,以及沿轴向和环向两方向的刚体振动响应.在爆源近场随爆炸折算距离变化,爆炸冲击渡可以引起混凝土管道结构的3种破坏行为,即结构破坏、结构和材料耦舍破坏以及材料破坏行为.     

钢丝网增强活性粉末混凝土抗侵彻特性

为研究新型钢丝网活性粉末混凝土RPC(reactive powder concrete)避弹层的抗侵彻性能,进行了抗侵彻试验和数值计算分析.制作了钢丝网RPC、钢纤维RPC试验靶体.分别采用步枪子弹和57 mm半穿甲弹进行了冲击试验,冲击试验的弹体速度分别为710、340 m/s,主要比较靶体的破坏形态和弹体对靶体的侵彻深度.为利用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件对上述靶体的抗侵彻性能进行数值计算分析,创建了新型钢丝网RPC的计算模型.计算结果与试验结果基本吻合,证明了计算模型的合理性.试验和计算结果均表明:钢丝网RPC具有较好的抗局部破坏和抗裂的性能,且具有较高的效费比.