预加轴力作用下缺陷钢柱受横向冲击时的能量吸收

通过多项对比试验,研究存在不同缺陷类型钢柱在预加静态轴力的作用下,受到横向冲击时的垮塌行为和能量的吸收作用﹒通过实验中轴向位移、轴向力和加速度的测量,分析了缺陷钢柱的能量吸收,并通过高速摄像机的照片验证了实验结果﹒研究表明:缺陷钢柱在预加轴力的作用下受横向冲击后,试件的缺陷对塌陷后试件的塑性变形有十分明显的影响﹒     

基于ABAQUS的冲击荷载作用下钢柱瞬态响应的有限元数值模拟

通过通用有限元程序ABAQUS对完好钢柱的动力响应进行数值模拟,分析响应过程中轴力和弯矩的变化规律,并结合塑性耗能特点,研究试件垮塌前后所产生的塑性铰的变化与移动规律.研究结果表明:试件受到冲击的瞬间,其轴力和弯矩同时起作用,且随时间的增加,轴力在滑动端所起作用越来越大,最终滑动端的移动完全由轴力主导响应;沿柱子高度方向上,单一或几个截面形成塑性铰是结构垮塌的必要条件;试件存在速度敏感区,在试件滑动端,预加轴力的钢柱试件受冲击作用时,其发生垮塌的临界速度随着预加轴力的提高而逐渐减小.     

预加轴力下FRP-钢管约束混凝土构件的冲击性能

为研究预加轴力下FRP-钢管约束混凝土构件在冲击荷载下的动力响应,运用有限元分析方法建立构件模型并进行模拟,得到构件冲击之后的变形图,探究轴向压力大小、约束效应系数、钢管屈服强度、混凝土强度四种因素对构件冲击性能的影响,绘制构件的冲击力峰值曲线和跨中挠度峰值曲线作为判断冲击性能的参考.模拟结果表明,试件两端预加150 kN轴力即轴压比0.15时,试件冲击力峰值最大;增大约束效应系数可以改善构件抗冲击性能;在150 kN轴向压力下,增大钢管屈服强度,试件冲击力峰值呈线性增大,跨中挠度峰值呈现线性减小;改变混凝土强度对试件跨中挠度影响较小.     

双钢板混凝土组合墙抗冲击计算方法研究

为研究双钢板混凝土组合(SC)墙的抗冲击性能,采用ABAQUS建立了SC墙在轴力与冲击耦合作用下的数值模型,并通过已有SC构件落锤冲击试验结果验证了有限元模型的适用性.基于此,首先分析了SC墙的抗冲击工作机理;其次,重点研究了钢板含钢率、轴压比等参数对构件动力响应的影响;最后给出了该类构件在轴力-冲击耦合作用下跨中最大挠度简化计算公式.结果表明：SC墙冲击全过程分为四个阶段,混凝土是构件抗冲击的主要耗能部件;轴压比会削弱构件的抗冲击性能,且当轴压比大于0.2时,影响更加明显;钢板含钢率、冲击速度、冲击质量与对拉钢筋间距对构件抗冲击性能影响较大;建议的计算公式能有效预测冲击荷载下考虑轴力影响的SC墙跨中最大挠度.     

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.     

冲击荷载作用下钢纤维混凝土配筋梁性能试验

为探讨冲击荷载作用下掺有端钩型钢纤维的配筋混凝土梁的抗冲击性能,对6根简支的有不同钢纤维体积掺量和不同配箍率的试件进行了落锤冲击试验,冲击点为跨中.分析了不同钢纤维体积掺量和不同配箍率对钢筋混凝土梁的抗冲击能力的影响,并采用高速摄像机记录了各试件的开裂形态.详细分析了试件的开裂形态、跨中位移时程曲线、试件中纵筋和箍筋应变时程曲线的特征.结果表明:在相同冲击荷载作用下,配箍率较高的试件中钢筋发生屈服乃至失效的几率相对较小,随着配箍率的增加,试件承受冲击荷载时产生的最大裂缝宽度减小;在冲击荷载作用下,提高钢纤维体积掺量对构件混凝土基体强度的影响相对不大,但对于试件刚度的影响较为明显;同时,钢纤维含量的增加,会减少梁中箍筋的应变,使得钢筋混凝土梁中钢筋发挥更好的作用;钢纤维体积掺量的增加,可以明显减少试件在冲击荷载作用下裂纹的发生与开展,并改变梁本身的开裂形态,使得裂缝发生的区域相对集中,形成主要集中在试件跨中的竖直裂纹,而支座附近裂纹相对减少.     

不同柱端约束下外方内圆双重钢管混凝土组合柱抗侧向冲击动力性能研究

为研究不同柱端约束作用下方形空心钢管混凝土柱受冲击后的动力性能,对已有试验的钢管混凝土柱进行模拟,验证了有限元模拟分析的可靠性。基于有限元模拟,完成了16个钢管混凝土柱的水平横向冲击数值模拟,分析不同柱端约束条件和柱端轴力大小对钢管混凝土侧向冲击动力性能的影响。结果表明:方形空心钢管混凝土柱受到冲击作用后,冲击侧发生局部鼓曲,冲击部位主要表现为剪切变形,而另一侧主要表现为弯曲变形;柱端未施加轴力条件下,加强柱端约束均有利于提高柱抗侧向冲击动力性能,减少冲击部位和柱整体的变形;柱端约束相同的条件下,柱端施加轴力会对试件抗侧向冲击性能产生不利作用;在固端约束条件下,轴力为柱轴压承载力0.01倍时,冲击力峰值达到最小值,随后冲击力峰值得到一定程度的回升,此时轴压力对空心钢管柱起到一定的保护作用;施加轴力后的悬臂柱由于悬臂端受到轴压力的限制,间接增大了悬臂柱的约束,导致试件柱比预计吸收更多能量。     

高铁动荷载对近接综合交通枢纽换乘中心施工的影响

为研究高速列车动荷载作用下基坑变形规律与稳定性,以洛阳龙门站综合交通枢纽—换乘中心基坑工程为依托,采用激振力函数模拟计算高速列车动荷载.运用Midas-GTS/NX有限元软件并结合现场监测数据对高速列车动荷载的不同作用形式、不同车速以及不同轴质量作用下换乘中心基坑的锚索轴力、桩体位移、桩后地表沉降等展开研究.研究结果表...     

双层钢箱截面组合索塔力学性能试验

设计制作了5个具有开孔板连接件和5个具有焊钉连接件的双层钢箱截面钢-混凝土组合索塔模型试件,根据索塔实际受力特性进行轴压和恒定轴力下的往复弯曲荷载试验.试验展示了使用两类连接件的双层钢箱组合索塔在不同荷载作用下的破坏形态和极限能力,结果表明:开孔板和焊钉均能约束受压钢板的屈曲波长,连接件的类型对试件破坏的具体形态有一定影响;轴压比是影响试件力学性能的主要因素,所有试件都根据其大小分为受压破坏和受拉破坏两类;无轴力和过高的轴力都会明显降低构件在往复荷载下的力学性能.最后,将试验结果与按照基于刚塑性原理的规范计算得到的承载能力进行比较.     

冲击荷载下固支梁弹塑性动力响应分析

为了研究在冲击荷载下固支梁的弹塑性动力响应,首先利用能量法推导固支梁在冲击荷载下动力响应的简化计算方法,将跨中挠度和冲击荷载响应作为梁动力响应的评价指标;然后通过一些算例对固支梁与简支梁的动力响应进行对比来探讨不同边界条件对受力的影响,为结构抗冲击安全设计提供指导;最后利用有限元软件ANSYS/LSDYNA模拟固支梁在外部冲击物碰撞作用下的动力响应并与解析结果进行对比,在分析时考虑材料应变率和接触变形.结果表明:提出的弹塑性动力响应判别方法、动力响应简化计算方法和评价指标都是可行的;固支梁相对于简支梁更有利于承受冲击荷载;当质量比与冲击物速度比较适中时,跨中挠度和冲击荷载响应的解析解和数值解相符较好;在相同的冲击能量下,冲击物质量和速度所占的比例不同,动力响应所经历的时间历程不同.     

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.     

配置预应力钢板箍RC墩柱震损后轴压性能试验

为研究配置预应力钢板箍(prestressed steel jacket,PSJ)RC墩柱遭受地震破坏后的抗倒塌能力,通过对配置PSJ墩柱进行低周往复加载以模拟震损墩柱,进行7个带PSJ墩柱震损试件的轴压性能试验,研究参数包括钢板箍配箍特征值和箍板预应力度。研究结果表明:配置PSJ对震损墩柱的轴压性能影响显著,震损带PSJ墩柱的抗倒塌能力远比震损无PSJ墩柱的大;在轴压试验过程中,震损带PSJ墩柱的破坏集中在试件中部,呈现轴压试件的典型破坏特征;在竖向荷载作用下,PSJ对震损墩柱仍能提供良好的横向约束,使带PSJ墩柱具有较强的抗倒塌能力;配箍特征值越大,带PSJ墩柱的轴压承载力和变形能力越强;箍板预应力度对震损墩柱的轴压承载力影响较小,但震损墩柱的变形能力随着箍板预应力度的提高而降低。     

热-力耦合作用下钢板剪力墙抗火性能分析

为了研究不同参数对钢板剪力墙抗火性能的影响,应用有限元软件ABAQUS建立不同轴压比和高跨比的钢板剪力墙模型,分析其在标准升温曲线作用下结构变形规律和钢板应力变化。分析结果表明:随着轴压比的增大,柱横向变形和钢板应力曲线变化不明显,随温度的升高,柱轴向位移会随之减小,说明改变轴压比对柱轴向位移有一定影响,位移在极限变形允许范围内;随着高跨比的增大,梁挠度、柱横向变形逐渐增大,钢板应力变化不大,说明改变高跨比对钢框架变形影响较大、受力影响较小,钢框架变形在允许范围内可继续承载。     

冲击荷载作用下钢-混凝土组合梁的动力性能研究

通过对6根简支钢-混凝土组合梁缩尺模型进行冲击试验,得到了相应的应变和挠度时程曲线.用大型通用有限元计算软件ANSYS/LS-DYNA进行参数比较分析,得出了钢-混凝土组合梁在冲击荷载作用下的更多的力学行为,如变形曲线、位移曲线、应变、速度、加速度时程曲线.分析表明,组合梁跨中附近钢筋混凝土上面层的横向变形最明显;加速度值从钢筋混凝土上面层到下面层逐渐减小.     

固支圆管受低速横向冲击变形响应研究

以两端固支的内空圆管为研究对象,采用数值仿真的方法,对圆管在不同位置经低速横向冲击的变形响应进行研究.首先,通过试验数据验证了仿真模型的正确性;其次,对试验参数进行无量纲化处理,通过碰撞力变形曲线定量地研究了圆管受低速横向冲击的变形历程,分析了不同冲击能量、冲击位置圆管变形模态的变化规律,得到了圆管变形的碰撞力阈值及能量分配规律,为该类问题的理论分析及工程应用提供了有益的参考.     

高铁堑坡粉质黏土原位强度特性与应力历史效应

针对高速铁路堑坡防护工程不同施工工序中坡体强度参数选取问题,基于原位孔内剪切试验,依托哈佳高速铁路工程,通过成孔后施加不同法向应力水平的固结剪切和先施加较高法向应力(这里称为预加荷载pr)后卸载至某一应力水平再固结剪切等工况下的现场试验,获取堑坡粉质黏土强度特性随荷载施加方式的演化规律.结果表明:粉质黏土原位应力-位移曲线总体上呈弱硬化变形特征;应力历史对粉质黏土的抗剪强度影响显著,主要体现在黏聚力上,预加荷载由0 kPa增加到400 kPa时,土体黏聚力显著增加,增幅在18.7～51.8kPa之间;内摩擦角降幅甚微.粉质黏土的黏聚力和施加预加荷载后的黏聚力增量均与含水率呈线性负相关,但随着含水率的增加,支护荷载存在临界值.黏聚力与预加荷载呈线性正相关,在实际工程中,可根据工程要求达到的安全系数,通过黏聚力和预加荷载的关系反推出所需预加荷载大小,从而为实际工程设计与施工提供借鉴参考.     

波形钢腹板预弯工形梁的试验研究

对新型结构波形钢腹板预弯工形梁的制作工艺和承载性能开展了探索性研究.通过制作缩尺试验梁,着重分析了波形钢腹板钢梁在预弯力作用下的挠度和反弹后一期混凝土的压应力,并采用静载试验测试了对称集中荷载作用下的梁体变形、开裂弯矩、破坏形态和极限承载力等.试验结果表明,在预弯力作用下波形钢腹板具有良好的稳定性.释放预弯力后波形钢腹板钢梁能够有效地将预应力施加在一期混凝土上,跨中下缘混凝土的压应力为12.9 MPa.试验梁具有良好的抗弯刚度、延性和抗裂性能,其开裂荷载约为极限承载力的47%.理论与实测结果表明,波形钢腹板预弯工形梁的竖向剪切挠度占总挠度的22.4%,在计算挠度时需考虑剪切变形的影响.     

6063铝合金薄壁方管耐轴向撞击性能研究

针对汽车用铝合金构件的安全设计要求,采用关键试验加有限元仿真技术,对6063铝合金薄壁方管轴向耐撞击性能进行了研究.通过轴向静态压缩和落锤冲击试验,获得了该薄壁试件静态和冲击载荷下的力学行为规律.同时应用有限元模型对不同结构尺寸的试件进行了不同速度下的冲击仿真分析,给出了试件变形和载荷预测.研究结果表明,6063铝合金薄壁试件具有良好的吸能性,试件的耐撞性和材料组织、加载速度及结构几何尺寸有密切关系.降低冲击速度、减小构件长细比以及增大壁厚,有利于改善试件屈曲过程的稳定性.作为汽车用缓冲吸能结构,该类薄壁铝合金试件的长细比不宜大于12,壁厚取2 mm,长度在310 mm左右为结构最优.     

不同轴压比冻融RC剪力墙抗震性能试验

通过人工气候快速冻融技术仿真混凝土结构所处的冻融环境,制作4榀剪跨比为2.14的RC剪力墙试件进行冻融循环试验,继而采用悬臂梁式加载方案对其进行拟静力加载试验,以研究轴压比变化和冻融循环作用对RC剪力墙承载能力、变形能力、强度衰减、初始刚度、刚度退化以及耗能能力等抗震性能指标的影响规律.结果表明:相同轴压比下,经冻融循环作用后的RC剪力墙试件加载破损更加严重,其初始刚度、水平承载能力、变形能力和耗能能力均有不同程度的退化,同时,强度衰减幅度、刚度退化速率、不同受力状态下的剪切变形及其占总变形的比例均有不同程度的增大;冻融循环次数相同时,随轴压比的增加,RC剪力墙试件破坏时裂缝分布范围、墙顶水平承载能力、初始刚度、强度衰减幅度以及刚度退化速率均逐渐增大,而变形能力、耗能能力、不同受力状态下的剪切变形、屈服状态下剪切变形占总变形的比例逐渐降低,在峰值状态下则逐渐增大并逐渐成为主要变形.综合考虑冻融损伤参数D与轴压比n对RC剪力墙峰值荷载与极限位移的影响,通过多参数拟合得到了考虑冻融损伤的RC剪力墙峰值荷载与极限位移计算式.该研究可为严寒地区以剪力墙为主要抗侧力构件的在役高层建筑结构的性能评估提供参考.     

钢筋混凝土异形柱非线性分析

在13根钢筋混凝土异形柱低周反复荷载试验研究的基础上,采用非线性分析方法对异形柱受力性能进行分析,并编制了计算异形柱荷载-位移骨架曲线的程序,计算结果与试验结果吻合较好,为预测地震作用下的钢筋混凝土异形柱的非线性行为提供了一种便捷的方法.此外,根据程序的计算结果,分析了轴压比、不同柱肢尺寸等因素对异形柱承载力和变形的影响.结果表明:轴压比的增大会提高异形柱的承载力,但试件变形能力有所降低;异形柱腹板尺寸增大时可以有效提高试件的水平极限承载力.