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.     

I-V型夹芯板在近爆冲击波和 破片群联合作用下防爆性能研究

针对民用建筑物墙、板构件提出一种新型的I-V型夹芯板防护结构,采用非线性有限元软件LS-DYNA,开展近爆冲击波和破片群联合作用下I-V型夹芯板的防护性能研究.从质量损失、能量吸收和竖向峰值位移响应3个方面,研究了炸药比例距离、炸药起爆位置对夹芯板防护效果的影响,同时对夹芯板的实际防护性能进行了验证.结果表明：炸药比例距离对I-V型夹芯板的防护性能有较大的影响;不同炸药起爆位置对I-V型夹芯板的毁伤程度不同,在轴向增加起爆点的个数并不能显著增大I-V型夹芯板的毁伤程度;有I-V型夹芯板防护的钢筋混凝土板迎爆面只有少量混凝土脱落,且无钢筋外露,背爆面无混凝土脱落,也无钢筋外露,塑性变形区域较小,整体没有形成贯穿破坏,I-V型夹芯板的实际防护效果 很好.     

钢筋钢纤维混凝土板受冲切承载力计算

通过对现有试验结果的系统统计分析,研究了钢纤维类型和钢纤维含量特征值对钢筋钢纤维混凝土板抗冲切承载力的影响规律,分析了钢纤维对混凝土抗拉强度的增强效应与钢纤维对钢筋混凝土板抗冲切承载力的增强效应之间的相关关系。提出了钢筋钢纤维混凝土板抗冲切承载力计算建议,供修订我国的《纤维混凝土结构技术规程》及工程设计与施工参考。     

合成结构纤维对混凝土力学性能的影响

采用长度分别为4.7,5.6和6.5cm的合成结构纤维,均以5kg·m-3的掺量配制C40混凝土,通过维勃稠度、抗压强度、方板和圆板弯曲韧性、混凝土梁和切口梁弯曲韧性等试验,分析了其对混凝土工作性能和力学性能的作用规律与特征,同时与素混凝土以及同体积掺量(40kg·m-3)的钢纤维混凝土进行对比.结果显示,合成纤维的加入降低了混凝土的流动性、抗压强度和混凝土梁的抗弯强度,其长度越长则降低抗压强度及抗弯强度的程度越高;合成纤维对混凝土方板或圆板的初始断裂强度影响不大,但可明显提高断裂能,其作用高于同体积掺量的钢纤维,并且中等长度(5.6cm)的合成纤维增加混凝土断裂能的作用最大;合成结构纤维混凝土的应力-挠度曲线在其下降过程中呈现一个"平台段",虽然平台高度不及钢纤维混凝土的,但其长度明显更长,这是由合成结构纤维的材质特征决定的.     

钢纤维混凝土抗冲击性能的数值模拟研究

为研究不同钢纤维体积分数与不同钢纤维长径比对混凝土基体抗冲击性能增强作用的影响,利用ANSYS/LSDYNA3D有限元计算软件,采用损伤材料模型,数值模拟了钢纤维混凝土圆柱体撞击素混凝土靶板的过程.分析了不同初速条件下靶板破坏体积与冲击动能的关系,并将数值模拟结果与试验结果比较.结果表明:钢纤维体积分数越大,钢纤维长径比越大,钢纤维混凝土基体的抗冲击性能越好;同时也说明,损伤材料模型能够很好地模拟混凝土类材料在冲击作用下的破坏情况.     

Ⅰ-Ⅴ型夹芯板在近爆冲击波和破片群联合作用下防爆性能研究

针对民用建筑物墙、板构件提出一种新型的Ⅰ-Ⅴ型夹芯板防护结构,采用非线性有限元软件LS-DYNA,开展近爆冲击波和破片群联合作用下Ⅰ-Ⅴ型夹芯板的防护性能研究.从质量损失、能量吸收和竖向峰值位移响应3个方面,研究了炸药比例距离、炸药起爆位置对夹芯板防护效果的影响,同时对夹芯板的实际防护性能进行了验证.结果表明:炸药比例距离对Ⅰ-Ⅴ型夹芯板的防护性能有较大的影响;不同炸药起爆位置对Ⅰ-Ⅴ型夹芯板的毁伤程度不同,在轴向增加起爆点的个数并不能显著增大Ⅰ-Ⅴ型夹芯板的毁伤程度;有Ⅰ-Ⅴ型夹芯板防护的钢筋混凝土板迎爆面只有少量混凝土脱落,且无钢筋外露,背爆面无混凝土脱落,也无钢筋外露,塑性变形区域较小,整体没有形成贯穿破坏,Ⅰ-Ⅴ型夹芯板的实际防护效果很好.     

复合式钢纤维混凝土路面研究

基于混凝土路面板的受力特点和钢纤维混凝土的工作特性,提出一种新型复合式钢纤维混凝土路面结构形式,并对复合式钢纤维混凝土路面进行了模拟双轮轴载试验研究和成本分析.结果表明,复合式钢纤维混凝土路面具有性能优越、造价低廉的特点.     

螺旋钢纤维混凝土抗冲击试验分析

大量研究表明在混凝土中加入钢纤维可显著增强混凝土的延展性与抗拉强度,从而可提高混凝土建筑的抗爆抗冲击性能.目前在施工作业中普遍应用的是直钢纤维或钩尾钢纤维.上述种类的钢纤维只能在混凝土基体中提供二维平面黏结,在混凝土构件受力开裂下极其容易发生钢纤维与混凝土脱离的情况,从而限制了钢纤维提高混凝土建筑抗爆抗冲击性能的有效性.本文针对建筑的抗爆抗冲击安全需求设计开发了螺旋钢纤维混凝土建筑材料,并开展了分离式霍普金森杆(SHPB)和落锤试验,对材料与梁构件在高速冲击下的响应进行了研究.结果表明,与传统钢纤维相比,螺旋钢纤维可有效控制混凝土开裂,对提高防护建筑抗爆抗冲击性能有着极大的贡献.     

地下工程抗爆防震塌设计动力学机理讨论

在爆炸载荷下,反射拉应力波是导致混凝土防护结构震塌的主要原因。材料的动态抗拉强度是结构抗爆防震塌设计所必须考虑的主要参量,抑制或减弱拉伸冲击波的强度是防护结构设计的一个重要目标。研究了混凝土和钢纤维增强混凝土的动态力学性能以及它们结构的爆炸震塌响应。试验表明,高强混凝土C100的抗震塌能力还不如普通混凝土C40;加入体积含量2 %的钢纤维可有效提高混凝土的强度以及结构的抗震塌能力;而且加入相同含量的钢纤维后,纤维增强C100混凝土的抗震塌能力与增强C40混凝土相比并无明显不同。应用一维应力波理论近似分析,揭示了抗震塌设计的动力学机理,分析表明,“三明治”复合层结构可以有效提高结构的抗震塌能力,此分析为设计具有更好抗爆能力的防护工程提供了科学依据。     

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.     

钢筋混凝土板抗钻地弹贯穿系数的计算方法

为深入研究穿地弹对钢筋混凝土板的贯穿问题,着重分析了贯穿块形成后钢筋混凝土板中混凝土、箍筋、纵向钢筋等要素的作用机理,以及各要素在不同时刻、不同阶段的变形和受力情况,提出了钢筋混凝土板的新型贯穿计算模型。根据此模型,可以确定弹体、贯穿块在贯穿过程中所受到的阻抗力,从而得到弹体和贯穿块的运动方程。结合贯穿系数的定义,可以求解出混凝土板的贯穿系数和钢筋混凝土板的贯穿系数。通过计算结果分析,得出了混凝土板的贯穿系数随弹体侵彻深度hq值的增大而减小,随弹体直径的增大而增大。并与国内外经验公式对比,验证了贯穿系数计算方法是建立在坚实的物理基础上,具有宽广的尺度效应。     

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.     

混凝土箱梁热—力耦合模型及剪力滞时变效应

为了研究混凝土箱梁墩顶块翼缘板早期裂缝机理,采用热-力耦合方法,建立了混凝土箱梁水化热温效剪力滞耦合模型,提出了广义剪力滞概念,以混合网格对混凝土箱梁墩顶块进行分层网分。计算了剪力滞随水化热温度荷载变化的全过程,分析了水化热温效剪力滞时变效应规律,并将计算值与试验数据进行了比较。结果表明:水化热温度所产生的剪力滞效应为负剪力滞,其程度与水化热温差峰值相关,降低水化热温差峰值,可有效降低水化热负剪力滞效应;翼缘板边缘拉应力峰值出现的时间滞后于温度峰值时间约40h。因此,水化热—力耦合模型能有效地模拟混凝土箱梁墩顶块水化热剪力滞效应,估计翼缘板拉应力峰值出现的时间,及时采取措施进行控制,防止开裂。     

海温垂直结构声特征提取的反演算法

针对自适应搜索算法在海温垂直结构冲激响应特征提取中运算速度慢、精度低的不足,引入共轭梯度反卷积算法CG(conjugate gradient method),得到海温垂直结构的冲激响应,利用层剥算法对所求得的冲激响应进行反演,得到海温垂直结构特征。结果表明:该算法能够克服单纯使用层剥算法而带来的反演不稳定现象,而且相比自适应搜索算法,反演速度快,反演精度高,具有一定的抗噪能力,并且声源信号的入射波形对反演效果影响较小,不同的迭代终止条件对反演结果也有较大的影响,在适当的范围内,减小迭代终止条件可以提高反演的精度,但是,如果迭代终止条件过小,则会引起虚假振荡,造成反演结果发散。     

认知无线网络中的多域认知

认知无线电与认知无线网络的明显区别之一是认知环境发生了变化,从无线环境拓展到网络环境与用户环境。从认知无线电到认知无线网络的演进过程中,为了深入研究环境认知的基础理论,在分析认知网络的基本概念和工作机理的基础上,提出了多域认知的思想,构建了一个包括多域本地认知层、多域协同认知层和多域主动认知层的3层认知理论体系框架,提出了基于认知引擎的多域认知实现框架,探讨了多域认知的研究内容,为认知无线网络的应用奠定了基础。     

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。     

基于可信度的节点选择算法

为了解决提高检测概率与减少网络开销间的矛盾,基于数据优化融合理论,提出了基于可信度的能量融合协同感知算法（EFCS算法）及节点选择算法。通过自适应迭代算法估计出各认知用户的感知可信度,并推导出了算法检测性能与协同用户数及感知可信度间的确定关系。算法能够在达到检测性能指标的前提下,尽可能多地删除冗余协同感知用户。仿真证明,节点选择算法在保证较高的检测概率的同时极大的节省了网络开销。