爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的有限元分析

对于重要的建筑物和防护结构,通常都要考虑爆炸冲击荷载的作用,目前钢管混凝土已被广泛地应用于工程结构中.为研究爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的力学性能,采用非线性有限元软件ANSYS/LSDYAN对方钢管混凝土柱在表面爆炸荷载作用下的反应进行了数值模拟.混凝土采用HJC模型,钢管采用考虑应变率的随动硬化塑性模型.分析了折合距离为1.0时柱子的破坏形态和不同折合距离时关键点的位移反应.研究表明,折合距离为1.0时,尽管内填混凝土破坏严重,但钢管能约束混凝土的横向变形,表现出良好的延性,抗爆性能优越.且随着折合距离的增大,柱子变形明显减小.     

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.     

爆炸荷载作用下钢框架动力响应有限元分析

选用了具有强大显式动力分析功能的ANSYA/LS-DYNA程序,并采用Solid164显式单元进行数值模拟.分析了在爆炸荷载作用下,2层钢框架在没有考虑混凝土楼板和有混凝土楼板参与时,梁、柱截面细微的动力响应和变化规律,试图找出其破坏的薄弱环节.分析发现:爆炸冲击荷载直接作用时间极其短暂,结构动力响应复杂,且成周期性变化;梁、柱相交节点区域应力最大,柱相关单元首先会进入塑性,且单元失效也先出现在该区域的柱上;当施工阶段无楼板参与时,梁单元基本处于弹性工作状态;有楼板参与作用时,梁单元于跨中和与柱相交的节点区域首先进入塑性,梁单元在竖向荷载设计值作用下,扭曲现象明显.     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁动力响应的数值分析

由于爆炸荷载具有峰值压强大、作用时间短的特点,钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应较为复杂。为了深入研究钢筋混凝土梁的抗爆性能,应用瞬态动力分析软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土梁的三维有限元模型。数值模型中钢筋混凝土采用分离式模型,并且考虑了钢筋和混凝土材料的应变率效应。对已有文献中的钢筋混凝土梁承受爆炸荷载的试验进行了数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行了对比分析,结果表明所采用的数值模型可以较好地模拟爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应。在此基础上,研究了钢筋混凝土梁在不同爆炸荷载作用下的破坏模式。分析结果表明,随着峰值压力的增加,钢筋混凝土梁的破坏模式由弯曲破坏转变为剪切破坏。     

理论模型计算爆炸荷载作用下简支梁动力响应

根据爆炸动力与振动力学理论采用Euler梁模型与改进的Timoshenko梁模型分别分析了简支梁的动力响应.爆炸荷载被简化为三角形荷载.爆压计算公式采用J.Henrych公式.结果表明简支梁的动力反应包含2个阶段,分别为受迫振动阶段(弹性和塑性)和自由振动阶段.建立挠度应力方程用来判断梁的屈服.通过计算分析可知,与Euler梁结果相比,有限元计算结果相对更接近于Timoshenko梁模型计算结果.这是由于修正Timoshenko梁理论中考虑了剪切惯性效应的缘故.考虑实际工程中梁支承端部的约束形式对梁受荷载作用的影响,将端部约束简化为含有弹簧与阻尼共同作用的模型,研究弹性支撑系数、弯矩抵抗系数及阻尼系数参数变化对控制位移的影响.     

荷载作用下柱延性影响因素分析

结构构件延性的好坏决定了其抗震能力的强弱。通过改变轴压比、配箍量、配筋量,采用数值模拟方法对柱的延性变化进行分析。结果表明,轴压比越大,延性越差;配箍量变化,对延性产生相应的影响;配筋量变大,延性变大,但不显著。     

爆炸荷载作用下钢纤维混凝土梁的动力响应分析

在混凝土、钢纤维混凝土已有动力实验资料的基础上，以材料动力强度提高系数与应变速率的关系为主要依据，建立了材料的一维粘弹塑性动力本构模型并用chen-chen模型将其推广为二维动力本构模型。运用改进了的chen-chen模型对钢纤维混凝土简支梁进行了非线性动力响应分析，所得结果与实验结果吻合良好。     

简支圆板在爆炸冲击荷载作用下的动力响应

采用双剪应力强度理论,考虑材料的拉压强度比,求解了简支圆板在爆炸冲击荷载波荷载作用下的动力响应问题。根据运动方程和用弯矩表达的广义屈服条件得到弯矩控制方程,根据几何方程和流动法则得到速度控制方程,由此得到简支圆板的速度场和内力场,并对速度进行积分得到圆板的挠度响应。根据板终止运动时其速度为零,得到终止运动时间和板的残余挠度。采用本文的解,取板的运动角加速度为零得到该问题的静力解。讨论采用不同的拉压强度比对简支圆板塑性动力响应的影响。研究结果表明,材料的拉压强度比对简支圆板的塑性动力解的影响很大,而且大于对静态问题解的影响。     

配筋率对爆炸荷载作用下混凝土异形柱柱中截面最大位移的影响

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立3种不同截面(L形截面、T形截面、十字形截面)的混凝土异形柱有限元模型.分析了爆炸荷载作用下,改变钢筋体积配箍率与纵筋配筋率对柱中截面最大位移的影响.通过分析可以知道,体积配箍率对异形柱柱中截面最大位移的影响大于纵筋配筋率.L形截面异形柱构件抗爆性能优于其他2种截面.     

爆炸作用下薄壁柱壳结构动力响应实验研究

为获得薄壁圆柱壳结构在可燃气体爆炸作用下的动力响应特性,该文进行了乙炔/空气混合气体爆炸冲击波对缩比薄壁柱壳模型的冲击实验,测得模型壁面的超压荷载、动态应变和振动加速度时程曲线。通过对时程曲线的变化特征分析,研究了爆炸荷载作用下薄壁柱壳结构的响应特性及其破坏机理。实验结果表明,在爆炸荷载作用下,正反射迎爆区域壁面超压和应变峰值始终最高;柱壳模型抵抗变形破坏的能力与其径高比D/H有关,径高比接近1的模型抵抗变形破坏的能力较强;柱壳模型内部液体能够吸收和耗散爆炸冲击能量。     

内爆炸荷载作用下立井井壁动力响应的解析解

本文以弹性力学及板壳理论为基础推导出圆筒立井井壁在掘进爆破荷载下的应力分布的解析解，并与实验数据基本吻合，从而使理论解得到了验证，为制定立井井壁的防护措施提供了理论依据。     

内爆炸荷载下钢管的动力响应特性

输油管道在服役过程中由于各种因素形成缺陷,遭遇明火极有可能发生爆炸。为研究内爆炸荷载作用下钢管的动力响应规律,采用不同剂量的乳化炸药对封闭钢管进行内爆炸荷载试验,试验中通过沿管壁布置超压和加速度传感器及应变片的方式测量管壁的动力响应。试验结果表明:钢管在内爆炸荷载作用下,应变、超压和加速度迅速达到峰值,但下降速度不同;同一位置处的应变,随着与轴向角度的增加,应变逐渐增大;随着炸药量的增加,超压衰减率逐渐增大,加速度增加速率逐渐减小;根据超压数据,拟合密闭空间中超压峰值计算公式,与实测值基本吻合,可为预估密闭空间中超压峰值提供参考。     

爆炸作用下预应力混凝土节段箱梁动力响应

为了研究爆炸冲击作用下预应力混凝土多室箱梁的破坏机理和抗爆性能,针对不同炸药当量和爆炸位置下节段箱梁的动力响应进行了有限元计算分析。利用ANSYS/LS-DYNA软件建立混凝土和钢筋三维分离式实体模型;采用LOAD＿BLAST＿ENHANCED(LBE)方法模拟爆炸荷载,并结合文献试验数据对数值模拟方法的可靠性进行验证。得到了不同装药量、爆炸位置工况下预应力混凝土箱梁的动力响应和破坏特征。结果表明,100 kg、500 kg药量爆炸作用下,爆心正下方的钢筋发生屈服、顶板混凝土形成圆形破口。1 000 kg药量爆炸作用下,由于箱梁两端为固支,腹板、横隔梁及底板混凝土产生了轻微的剥落。相同爆炸位置工况下,随着装药量的增大,混凝土圆形破口面积增大。相同药量工况下,主梁中心线处由于无腹板支撑,其混凝土破口面积大于箱室处。研究结果可为预应力混凝土多室箱梁的抗爆防护加固提供重要参考。     

爆炸荷载下地铁盾构隧道动力响应研究

近年来,中国城市地下轨道交通取得了迅猛的发展,但地铁在运营中存在诸多风险,其中外爆炸带来的危害尤为突出。为避免由此产生的风险,需对地铁隧道在外爆炸瞬时强荷载作用下隧道衬砌结构动力响应进行研究,进而对隧道衬砌结构的损伤程度作出判断。利用ANSYS/LS-DYNA软件建立有限元模型,分析外爆炸源荷载作用下应力波的传播规律,选取地面侧爆角度和炸药当量为变量,研究外爆炸荷载下对隧道衬砌结构的动力响应及损伤进行分析,为地铁隧道结构抗爆防护设计提供理论依据,具有较高的技术、经济和社会效益。     

冲击荷载作用下机场刚性道面动力响应与影响因素分析

机场刚性道面受飞机着陆冲击荷载的影响较大。为研究机场刚性道面在飞机着陆瞬态冲击荷载作用下的动力响应,基于主起落架单自由度振动系统,用半波正弦曲线模拟冲击荷载,采用有限元分析的方法研究了B737-800机型在粗暴着陆条件下机场道面的动力响应,并分析了道面板在不同冲击速度及不同道面结构参数下动力响应变化规律。结果表明:单自由度振动系统能很好的表征垂直速度与法向加速度的关系;道面板产生最大应力的临界荷位处于板纵缝中部;冲击荷载作用时间内道面弯沉影响深度持续增加,绝大部分由土基承担;循环冲击作用下,板底弯沉随冲击荷载作用次数的增加而增加,作用100次后增幅明显减小;板底弯沉与板底峰值应力均随垂直速度的增加而增加,相比面层模量,面层厚度对板底弯沉的影响显著,板底峰值应力随面层模量的增大而增大,但随面层厚度的增加呈先减小后增大趋势。     

循环荷载作用下非对称配钢型钢混凝土柱性能退化试验

通过24根T形、L形配钢型钢混凝土柱低周反复加载试验,对水平低周反复荷载和恒定轴力作用下非对称配钢型钢混凝土柱的强度、刚度退化规律进行研究.基于试验结果建立三线型刚度退化模型,对刚度退化规律进行数学描述,分析轴压比、剪跨比、配箍率以及拉结筋等因素的影响.结果表明,剪跨比越小,强度衰减和刚度退化越明显;轴压比越大,强度衰减越快;轴压比越小,刚度退化越快;提高配箍率可以延缓试件强度衰减,但对刚度退化影响不大;配置拉结筋对试件的强度和刚度退化有一定的抑制作用;所提出的刚度退化模型能较好地反映试件在地震作用下的滞回性能.     

爆炸荷载作用下焊接工字钢梁的动力响应及破坏模式分析

目的分析焊接工字形钢梁在爆炸荷载作用下破坏模式及影响动力响应的主要因素,为钢梁抗爆设计提供建议.方法采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,基于流固耦合的方法对钢梁的动力响应及破坏进行数值分析.结果在不同的爆炸荷载作用下,钢梁可能发生剪切破坏、弯剪联合破坏和翼缘屈曲破坏3种破坏模式;增高腹板高度可以有效地控制钢梁在爆炸荷载作用下的跨中最大位移,效果次之的是增加翼缘板厚度和腹板厚度,效果最差的是增加翼缘板宽度.结论钢梁的破坏模式与比例距离有关.随着比例距离增大,钢梁的破坏模式由剪切破坏模式转变为翼缘屈曲破坏模式.增大梁截面高度,能有效地提高钢梁的抗爆承载力.     

爆炸荷载下弹性支撑地下拱结构的动力响应

弹性支撑是常用的隔振减振手段,研究爆炸荷载下弹性支撑地下拱结构的动力响应对提高地下防护工程内部人员及设备的战场生存能力具有重要意义。应用ANSYS/LS DYNA非线性显式动力有限元分析程序,模拟了爆炸荷载下弹性支撑地下拱结构的模态和动力响应,得到了低阶自振圆频率变化曲线和拱顶、拱肩、拱脚动力响应时程曲线。结果表明：弹性支撑减小结构固有频率,延长结构自振周期,具有良好隔振减振作用;临界刚度系数导致结构的一、二阶模态易同时激发,结构设计时应予以避免;与刚性支撑地下拱结构相比,弹性支撑地下拱压力、应力峰值减小,出现时间延长,竖向位移峰值增大,抗爆承载力提高;弹性支撑的刚度系数并非越小越好,应根据结构抗爆承载力和极限位移设计要求合理设置。     

爆炸荷载作用下弹性薄板的动态响应

利用弹性理论和近似方法分析了四边简支弹性薄板在爆炸荷载作用下的动态响应历程.根据薄板运动微分方程和爆炸荷载的特点,从理论上求解了薄板运动各力学参量.结合量纲分析理论,对30种不同的工况进行了计算,最后建立了较合理的工程计算模型.模型拟合结果与理论计算结果吻合,可作为工程计算的参考.     

列车荷载作用下轨道动力响应的有限元分析

采用通用的结构动力学分析软件ANSYS仿真分析了双层离散轨道模型在列车荷载作用下的振动响应情况,对无轨道不平顺和有轨道不平顺两种工况进行了有限元计算,分析表明轨道不平顺对轨道结构振动和整体道床作用反力的影响很明显,轨道不平顺越高,轨枕的振动速度加剧,整体道床作用反力峰值也显著增加。