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.     

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.     

钢筋混凝土柱在汽车撞击作用下的性能研究

目的对汽车撞击钢筋混凝土柱出现的冲击荷载及受力性能各种影响因素进行分析,提出耐撞性措施.方法运用显式动力分析软件LS-DYNA建立了汽车-钢筋混凝土柱的有限元模型,采用参数化分析方法研究汽车撞击速度、撞击角度、混凝土轴心抗压强度、柱截面惯性矩及配筋率等参数对钢筋混凝土柱在汽车撞击下动力响应的影响,进而研究不同参数对汽车碰撞力的影响.结果柱子的位移响应随着撞击角度的增大而增大;提高柱截面惯性矩和混凝土抗压强度能显著降低柱子位移响应,而改变配箍率的效果不明显;汽车碰撞力受车速、撞击角度、汽车吨位及柱截面惯性矩的影响.结论采用数值模拟的方法对钢筋混凝土柱在车辆撞击作用下的研究结果符合能量守恒定律,结果具有可靠性.     

爆炸荷载作用下型钢混凝土柱的动力响应影响因素分析

目的数值模拟爆炸荷载作用下型钢混凝土柱损伤破坏,分析凝土等级、型钢截面形式、纵筋配筋率、柱高等因素对型钢混凝土柱在爆炸荷载作用下动态响应的影响规律.方法采用有限元显示动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立型钢混凝土柱的三维有限元模型,在进行型钢混凝土柱的动态响应分析时,对型钢混凝土柱各材料间共线共结点方式建模,并考虑型钢与混凝土之间的摩擦接触.通过比较相同荷载幅值条件下,爆炸与静力作用下的应力分布的异同来说明爆炸作用下应力的分布特点.结果提高型钢强度和纵向受力钢筋配筋率对型钢混凝土柱抗爆性能的提高并没有显著效果;相同最大荷载值的静载与爆炸荷载两种情况下,爆炸荷载下的破坏能力较强,破坏程度较大.结论采用高强度混凝土,选用截面惯性矩较大的型钢,以及选用截面和高度尺寸适宜的型钢混凝土柱有利于提高型钢混凝土柱的抗爆性能;细长柱的抗爆性能较弱,实际工程中尽量避免选用.     

爆炸荷载下高层钢筋混凝土结构连续倒塌机制与模式研究

高层建筑结构构件尺寸较大,爆炸荷载作用下应力波传播造成的材料破坏效应不能忽略,需要采用精细化模型来分析其非线性响应行为与连续倒塌过程,计算效率低,实用性差.本文将多尺度建模方法引入到爆炸荷载作用下高层建筑结构的连续倒塌分析中,依据爆炸荷载作用下高层建筑结构非线性破坏与连续倒塌的特点,提出了多尺度模型不同区域的确定方法,使用该方法对某高层建筑结构的连续倒塌机制和倒塌模式进行了研究.结果表明,相同TNT当量炸药的爆炸荷载作用下,比例距离较小时,高层钢筋混凝土结构可能发生单柱失效-双向联合倒塌模式;比例距离增大至某一区间时,结构则可能发生多柱失效-竖向倒塌模式.多柱失效-竖向倒塌模式影响范围广,对结构危害大,应通过采取防护措施避免该倒塌模式的发生.     

爆炸作用下高层钢筋混凝土框架结构的连续倒塌机理分析

为了探究爆炸作用下高层钢筋混凝土框架结构的连续倒塌机理,采用ANSYS/LS-DYNA软件,对外部爆炸荷载作用下结构的连续倒塌进行了模拟。建立了结构的多尺度模型并验证其有效性;分别分析了炸药位于角柱和边中柱正前方时框架结构的破坏及倒塌情况;对比了两种工况下建筑物的倒塌过程和倒塌程度。结果表明:多尺度建模方法可以有效模拟框架结构在爆炸作用下的动力响应过程;爆炸荷载作用下目标柱损伤严重,失去承载力,结构内力重分配使相邻结构损伤,最后发生连续倒塌;炸药位于不同位置时,结构的倒塌范围有显著的不同。     

基于ANSYS软件的钢筋混凝土框架柱抗爆分析

仿真模拟分析是一种研究爆炸、撞击等这类高度非线性动力学问题的重要方法,而建立准确、合理的模型又是进行数值模拟计算的前提和关键。通过比较选择较为合理的单元类型及材料本构关系,利用ANSYS软件建立了钢筋混凝土框架梁、柱的分离式模型,并通过工程实例模拟分析了钢筋混凝土框架柱在爆炸冲击荷载作用下动力响应,结果表明通过适当的技术设置可以很好地模拟钢筋混凝土结构在爆炸荷载作用下的位移、弯矩、剪力等动力响应及裂缝开裂情况。     

爆炸移除钢筋混凝土框架柱抗倒塌性能数值模拟

基于已有的爆炸移除钢筋混凝土框架柱的实验数据,利用有限元软件AUTODYN建立了一个分离式与整体式相结合的4层2跨钢筋混凝土框架结构的三维有限元模型,并采用三阶段分析法,对爆炸移除钢筋混凝土柱的结构动力响应和破坏形态进行了数值模拟,且考虑炸药、空气与结构的流固耦合作用和应变率对材料的动态本构特性的影响.在爆炸移除短边中柱与角柱两种工况下,计算得到的柱破坏形态和梁柱节点动态位移与实验结果吻合较好,还分析了柱内纵筋对RC框架结构的动态响应的影响以及柱的破坏失效过程.计算结果表明:对发生塑性和弹性变形区域分别采用分离式和整体式建模,不仅保证了钢筋混凝土框架柱的爆破作用过程数值模拟的真实性和适用性,又大量缩短了计算时间,可为今后爆炸荷载作用下RC框架的参数影响分析和连续倒塌破坏模式控制提供参考.     

爆炸作用下RC柱损伤快速评估模型

基于BP神经网络,以7个结构参数和2个荷载参数作为输入,损伤值作为输出,建立了爆炸作用下钢筋混凝土(RC)柱损伤的快速评估模型.在模型中,采用以精细化有限元模拟得到的1,032组RC柱损伤的数据训练网络,采用遗传算法和粒子群算法优化网络的初始权值和阈值,并以216个新损伤样本对模型的预测能力进行测试.研究表明,所建立的评估模型能够较准确地用于爆炸作用下RC柱损伤的快速评估;所得到的损伤分区图可以有效并直观地用于RC柱的爆炸风险评估.     

不同板中配筋形式下板柱结构的连续倒塌性能

在爆炸、冲击等偶然荷载作用下,钢筋混凝土(RC)板柱结构中承重柱失效可能导致结构发生局部或整体连续倒塌破坏.为了研究板中配筋形式对RC板柱结构抗连续倒塌性能的影响,制作了2个1/3比例的板柱子结构模型,通过单调静力加载试验研究了角柱缺失条件下结构的连续倒塌性能.试验研究表明:在混凝土板内配置连续上层钢筋可以有效减小板上裂缝的宽度;与板中采用非连续上层配筋的试件相比,采用连续配筋试件的屈服荷载、第一个峰值荷载和极限承载力分别提高了38.4%、31.8%和7.5%,在动力荷载作用下试件的抗倒塌能力也得到了明显提高;板中拉膜效应对于塑性铰线机制失效后结构的抗倒塌承载力贡献显著.     

基于整体海洋平台模型的下落物体撞击数值仿真

针对海洋平台受落物撞击后的性能进行研究,采用非线性有限元数值仿真方法,探讨了落物撞击模型的建模技术和参数选取,建立了整体海洋平台模型,对落物与平台的撞击进行了数值仿真,并分析了撞击全过程,得出下落物体撞击海洋平台过程中关于碰撞力、结构损伤变形及能量转换等的一般性规律。主要结论如下：海洋平台结构的碰撞损伤变形主要表现为弹性变形,绝大部分塑性变形发生在撞击区域;海洋平台整体具有较好的弹性变形性能,能够降低下落物体撞击引起的结构损伤;建模时必须建立整个海洋平台模型,以充分体现平台结构的整体性能。     

变径水泥土搅拌桩加固桥头软基的试验分析

变径水泥土搅拌桩是一种新型的水泥土搅拌桩技术,它针对传统水泥土搅拌桩的弊端进行了改进,取得了良好的工程效果.介绍了变径水泥土搅拌桩在高速公路桥头软基的应用情况,并对其施工机械和施工工艺进行了详细说明.试验结果表明,变径水泥土搅拌桩保证了桩体中的水泥掺入量,提高了水泥浆分布的均匀性,从而保证了桩身质量,特别是深部桩体的质量;28 d龄期桩体的强度和均匀性较7 d均有较大提高;桩身水泥土芯样的电阻率与其强度之间存在着较好的线性相关关系;在其他试验条件相同时,扩大头高度越高,变径搅拌桩的单桩极限承载力越高;在保证质量的同时,变径水泥土搅拌桩能相对节约了工程成本,经济效益明显.     

柔性动边界梁在横向撞击下的动力响应

研究特定约束条件下梁受横向撞击的动力响应,这些约束表现为弹性支承刚度和阻尼特征,也就是具有柔性动边界.建立了具有动边界梁的力学模型,综合考虑弹性和阻尼支承、集中质量块以及支承不对称等情况.根据撞击局部区域的接触力—嵌入深度关系式,利用拉格朗日方法建立了横向撞击下柔性动边界梁的动力方程,并通过与简支梁在相同撞击条件下撞击力、横向位移的对比分析,说明了柔性支承对结构动力响应的影响.结果表明,低速撞击条件下,柔性支承对撞击力的影响较小,但对结构位移响应的影响较显著,并且弹性支承会使梁受撞击后的变形过程与简支梁相比增加一个变形阶段. 受横向撞击的动力响应,这些约束表现为弹性支承刚度和阻尼特征,也就是具有柔性动边界.建立了具有动边界梁的力学模型,综合考虑弹性和阻尼支承、集中质量块以及支承不对称等情况.根据撞击局部区域的接触力一嵌入深度关系式,利用拉格朗日方法建立了横向撞击下柔性动边界梁的动力方程,并通过与简支梁在相同撞击条件下撞击力、横向位移的对比分析,说明了柔性支承对结构动力响应的影响.结果表明,低速撞击条件下,柔性支承对撞击力的影响较小,但对结构位移响应的影响较显著,并且弹性支承会使梁受撞击后的变形过程与简支梁相比 加一个     

扁平箱形密闭结构内爆炸的模型试验

为研究扁平箱形密闭结构内部爆炸时侧墙上的荷载,对2种钢筋混凝土模型结构进行了药量递增直至结构破坏的内爆炸实验.利用侧墙上的测点测得压力等试验参数,分析比较了2种模型侧墙上的内爆炸荷载.试验结果表明:作用在结构内表面上的压力是非线性下降的,具有周期性宏观脉动特征,压力时程曲线主要由一个初始主脉冲和几个较大的后续脉冲组成,准静态气体压力很小.结构破坏形式以顶板的双向受弯破坏为主.在结构内部设置抗爆隔墙可有效降低冲击波对结构的破坏.主要结论可供工程设计参考.     

多层板架结构在2次攻击下的动态响应分析

为研究多次爆炸作用下舰船舷侧多层防护结构的破坏变形情况,借助于大型有限元分析软件AN-SYS/LS-DYNA对该结构在2发武器攻击下的动态响应进行模拟,分别分析了炸药相对加强筋位置不同的3种模型,在武器同时攻击和先后攻击下的破坏情况,描述了钢板的破口大小、最大位移、有效应力以及塑性区的范围等动态参数。对2种攻击情况进行了分析比较,结果表明,破损结构在遭受第2发武器攻击时产生的破坏更大,因此,2发武器先后攻击更为理想。     

水平地震力作用下钢筋混凝土异形柱框架结构设计

由于钢筋混凝土异形柱截面几何性质的特殊性,需考虑不同地震作用方向下结构的反应.结合工程实例,对钢筋混凝土异形柱框架结构在不同方向的水平地震作用下进行受力分析,对自振周期、轴压比、柱底层剪力和层间位移角进行分析.结果表明,L形异形柱方向性较强,应考虑45°和-45°地震作用方向的计算,同时应调整异形柱平面布置形式,使其刚度中心尽量与形心重合,以此减小扭转效应对结构的不利影响.     

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.     

钉形搅拌桩复合地基工程应用及其沉降计算方法

为了分析钉形搅拌桩复合地基的加固效果,通过现场试验介绍了钉形搅拌桩在某软土地基处理工程中的应用,并在一定简化的基础上,推导了考虑桩土相互作用和桩端下刺的钉形搅拌桩复合地基沉降计算方法--广义承台法.结果表明:在工程地质条件、处理面积、桩身质量、填土高度相近的情况下,钉形搅拌桩试验区的水泥用量少于等截面双向搅拌桩试验区,地表沉降小于等截面双向搅拌桩复合地基,说明钉形搅拌桩比等截面双向搅拌桩取得了更好的加固效果和经济效益.计算实例表明,广义承台法计算结果与实测值比较吻合.