近爆作用下钢筋混凝土柱的损伤机理研究

为了研究钢筋混凝土结构底层柱的抗爆性能,应用LS-DYNA软件对近爆作用下钢筋混凝土柱的损伤过程及破坏机理进行数值模拟分析,数值模型考虑应变率对钢筋和混凝土材料动力本构特性的影响以及炸药-空气-结构之间的流固耦合相互作用.结果表明,在爆炸冲击荷载作用下,钢筋混凝土柱表层混凝土首先开始剥落,受到约束的柱脚和柱顶混凝土发生冲剪破坏,在持续的横向变形作用下柱整体发生弯曲,产生一系列的横向裂缝;在等比例距离爆炸作用下,不同反射区的钢筋混凝土柱,受到的爆炸冲击荷载存在较大的差异,通常的比例定律不适用于近爆情形.     

热力耦合作用下钢筋混凝土梁抗剪性能试验研究

建筑物火灾高温将严重劣化钢筋混凝土结构斜截面的承载性能,加强受火灾高温作用影响的钢筋混凝土结构斜截面承载性能的研究具有重要的理论和现实意义。文章按照"强弯弱剪"原则设计制作了8根足尺钢筋混凝土简支梁试件,其中3根进行了常温下承载力静载试验,并借助大型火灾模拟试验系统,对另外5根试件进行了热力耦合作用下的耐火极限试验。结果表明:设计的简支梁试件在常温静载试验中呈现明显的剪切破坏形态,但在火灾高温及恒载耦合作用下达到耐火极限时,其破坏形态既可能呈现剪切破坏形态,也可能呈现受弯破坏形态;在热力耦合作用下,有腹筋钢筋混凝土简支梁的加载剪跨比越大,其实测耐火极限越小,而加载荷载比越大,实测有腹筋钢筋混凝土简支梁的耐火极限越小;钢筋混凝土简支梁试件在热力耦合作用下邻近耐火极限时,其竖向变形速率快速增加,达到耐火极限时的破坏具有突然性。     

钢筋混凝土柱在侧向撞击作用下破坏模式研究

近似地分析了结构构件在侧向冲击荷载作用下的动力反应模式。得出了钢筋混凝土柱在冲击荷载作用下弯曲型变形与直剪型变形2种单自由度模型动力反应计算公式,并尝试将构件几何尺寸、材料力学性能以及冲击荷载都作为随机变量,考虑荷载不同持时及不同峰值,用打靶法计算了一个实例构件在瞬时冲击荷载作用下的破坏概率,为初步判断构件的破坏模式提供依据。计算结果表明荷载持时与峰值是决定结构构件破坏模式的重要因素。从构件破坏模式的变化过程来看,将构件在侧向撞击荷载作用下的动力反应分解成弯曲型与直剪型是合理的,失效概率的计算结果与定性分析的趋势是一致的。直剪型动力反应的振动频率远大于弯曲型动力反应的振动频率,反映了结构构件2种不同的破坏机制有很大的差别。当荷载峰值增加、持时缩短时,构件的动力反应趋向于直剪型,当荷载峰值减小、持时增加时,构件的动力反应趋向于弯曲型。     

集中荷载下高强混凝土无腹筋约束梁剪切破坏特征

本文在进行了十六根高强混凝土无腹筋约束梁试验研究的基础上,综合分析了集中荷载作用下,剪跨内具有反弯点的钢筋混凝土构件斜向开裂的特点和破坏形态.     

配筋砌块开洞剪力墙抗震性能的试验研究

通过3片1：4模型配筋砌块砌体开洞剪力墙的伪静力试验，研究了在低周反复荷载作用下开洞墙体的整体工作性能、破坏形态、滞回特性以及恢复力模型。试验表明：合理的配筋能实现连梁先于墙肢破坏；在弹性工作阶段，侧移曲线呈弯曲型，进入弹塑性阶段为弯剪型；结构内力分析及位移主要用弯曲型模型；试验所得开洞墙归一化骨架模型为进一步动力反应分析提供必要的数据。     

钢纤维高强混凝土墙基于CONWEP的爆炸响应

针对爆炸荷载下的钢纤维高强混凝土墙,采用显式动力有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了墙体1/4模型,对墙体在爆炸荷载下的动力响应和破坏形态进行模拟分析.材料模型采用J-H-C模型,该模型考虑了损伤和应变率效应,模型参数利用文献试验数据计算得出,爆炸荷载采用CONWEP爆炸模型,使用*LOAD_BLAST关键字加载.利用数值模型分析了不同折合距离下墙体的破坏模式以及墙体厚度、高跨比、边界条件和折合距离等墙体动力响应的影响因素,结果表明,折合距离较小时墙体发生剪切破坏,折合距离较大时墙体发生弯曲破坏,此外,墙体厚度、边界条件、高跨比和折合距离均对其动力响应产生明显的影响,与钢筋混凝土墙体对比分析发现同等条件下钢纤维高强混凝土墙体中心位移值较小,体现了钢纤维高强混凝土较高的抗拉强度和抗压韧性对其抗爆能力的显著增强作用.     

钢管混凝土格栅坝抗冲击性能试验及参数分析

为有效减轻泥石流大块石冲击造成的灾害,提出一种钢管混凝土格栅坝.通过固体冲击试验研究该结构的冲击动力响应,总结了结构的响应模式.同时对试验过程进行数值模拟,模拟结果与试验吻合较好.最后利用数值模拟方法对结构进行参数分析,研究桩管套箍系数、撑管径厚比和桩-撑刚度比对结构动力响应的影响.结果表明:结构的典型响应模式可以概括为构件轻微损伤、构件弯曲破坏、连接节点破坏;桩管受冲击时结构能发挥良好的整体耗能作用,而撑管受冲击时结构整体耗能作用不明显;桩管套箍系数、撑管径厚比和桩-撑刚度比对结构动力响应的影响受桩管和撑管外径、壁厚等单因素变化的制约.钢管混凝土格栅坝具有良好的抗冲击性能.     

混凝土结构破坏过程的离散单元法模拟

介绍了适于混凝土材料的离散单元模型的破坏准则、计算方程以及弹簧系数等计算参数的确定方法.对在强制位移作用下的混凝土板变形及破坏过程进行了数值模拟和动画显示,并对钢筋混凝土梁在不同剪跨比情况下的破坏形态进行了模拟分析.算例与分析结果表明,离散单元法是模拟混凝土结构破坏的一种有效分析方法.     

高层剪力墙的强度及变形性能的研究

通过4片钢筋混凝土剪力墙模型试验,研究了高层剪力墙的强度及变形性能。给出了在不同抗震设计水准下剪力墙的允许变形指标。建议以文中定义的弯剪比m’作为划分剪力墙破坏形态的标准。为保证出现弯曲破坏形态且能吸收较大的地震能量,提出了在设计中弯剪比应控制的范围。     

外包U形钢混凝土组合梁承载力计算研究

外包U形钢混凝土组合梁是一种新兴的组合梁形式,该组合梁承载力的计算是组合梁应用的前提和基础。文章基于塑性理论和叠加原理对完全抗剪连接外包U形钢混凝土组合梁正、负弯矩作用下的极限受弯承载力、竖向抗剪承载力以及纵向抗剪和纵向抗滑移承载力的计算进行理论研究,探讨组合梁各承载力的计算方法,建立了相应承载力的计算公式,并通过试验验证了公式的适用性。结果表明:提出的极限受弯承载力计算公式可以较好地预测组合梁的受弯承载力;组合梁竖向抗剪承载力的计算为U形钢侧板和U形钢内混凝土两部分承载力的叠加;提出的组合梁纵向抗剪和纵向整体抗滑移的计算方法和公式,能保证组合梁在弯曲破坏之前不会发生纵向水平剪切破坏和纵向整体滑移破坏。     

混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度

针对现行《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）和《砌体结构设计规范》（GB 50003-2001）中关于混凝土空心砌块砌体抗震抗剪设计强度取值上存在的问题,在砌体剪压破坏区理论的基础上,结合中国已有58片混凝土砌块砌体墙的剪压试验结果,提出了具有下降段的剪压复合作用下混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度平均值曲线公式,并推导出具有可靠度保证的混凝土砌块砌体抗震抗剪强度设计值公式。与现行规范相比,提出的抗震抗剪强度设计值公式不仅解决了现行规范间的不统一,而且较好的实现了剪压复合作用下混凝土空心砌块砌体剪摩、剪压和斜压3类破坏形态的模拟,避免了现行规范中混凝土砌块砌体抗震抗剪设计强度取值的不合理和不安全,可运用于高层配筋砌块砌体结构设计。     

考虑非线性剪切效应的钢筋混凝土柱模型化方法及应用

采用纤维模型梁柱单元和与之串联的零长度单元,模拟柱的弯曲机制和剪切机制。利用OpenSees提供的Limit State Material和Shear Limit Curve材料模型,定义钢筋混凝土柱的非线性剪切效应及其与弯曲效应的耦合。通过与不同学者的试验结果比较,验证了该方法的可靠性。最后,对笔者完成的原位推覆试验的一榀平面框架进行了Pushover分析。结果表明,考虑非线性剪切效应的模型化方法能较好地模拟钢筋混凝土柱抗剪承载力和刚度的退化现象,传统的纤维模型梁柱单元难以反映配箍不足的钢筋混凝土柱的弯剪破坏机制。该方法可用于存在抗剪能力缺陷的框架结构的非线性分析。     

型钢高强高性能混凝土梁的抗剪性能分析

为了研究型钢高强高性能混凝土梁的抗剪力学性能,对9榀不同混凝土强度等级、剪跨比和加载方式的实腹式型钢高强高性能混凝土简支梁进行了静力加载试验,分析了型钢高强高性能混凝土梁的受力过程、剪切破坏类型及抗剪承载力的影响因素.基于型钢高强高性能混凝土梁的试验研究结果,对简支梁的加载和受力过程进行了有限元模拟.有限元分析结果与试验实测相关数据的对比分析表明,采用通用有限元分析程序ANSYS对型钢混凝土构件的受力过程进行数值模拟是可行的.在此基础上,进一步分析了简支梁的抗剪机理和力学性能,同时探讨了粘结滑移对构件力学性能的影响以及型钢、钢筋和混凝土应力应变的发展分布规律.研究成果为改进型钢高强高性能混凝土梁设计计算理论和有限元分析提供了试验依据.     

爆炸荷载下装配式钢筋混凝土梁动力响应及抗爆性能研究

为了研究灌浆套筒连接的装配式钢筋混凝土梁的抗爆性能,建立了装配式钢筋混凝土梁的数值模型,采用多物质流固耦合算法,分析装配式钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的破坏形态和动态响应,通过参数化分析方法,研究了混凝土强度和纵筋配筋率以及炸药位置等因素对装配式梁抗爆性能的影响。结果表明:对于装配式钢筋混凝土梁,由于拼装位置处存在新旧混凝土的薄弱接触面,在爆炸荷载下应力波在梁内传递性能减弱,冲击力不能有效地传递给梁两侧,导致局部发生较严重的脆性破坏。提高混凝土强度和纵筋配筋率、改变炸药爆炸位置均能改善装配式钢筋混凝土梁的抗爆性能。     

钢玄武岩纤维复合筋混凝土梁受剪承载力试验研究

钢玄武岩纤维复合筋（SFCB）兼具钢筋的延性和玄武岩纤维的防腐性能,并具有显著的二次刚度,但弹性模量低于钢筋。SFCB作为纵向筋时可使混凝土构件的受弯性能具有二次刚度,但构件的受剪承载力会低于钢筋混凝土梁。为深入研究SFCB作为纵筋时混凝土梁的受剪性能,以纵筋筋材种类、构件剪跨比为试验参数,进行梁的四点加载试验。详细分析了不同参数对混凝土梁的破坏形态、裂缝发展、受剪承载力的影响。试验结果表明：SFCB混凝土梁的受剪破坏主要呈现斜压破坏、剪压破坏和非典型剪压破坏3种形态。SFCB混凝土梁的受剪承载力整体低于钢筋混凝土梁、斜裂缝宽度大于钢筋混凝土梁。基于桁架拱模型,推导了SFCB混凝土梁受剪承载力的理论计算公式。与试验承载力对比发现,SFCB混凝土梁受剪承载力理论计算公式具有一定的适用性与安全性。     

钢筋混凝土板在爆炸荷载作用下的破坏模式分析

目的更精确的界定和证明钢筋混凝土板在不同峰值压力、不同作用时间的爆炸荷载作用下发生的破坏模式变化的规律．方法采用有限元软件Abaqus对钢筋混凝土板的破坏模式进行分析，并考虑了钢筋混凝土的应变率效应．结果Abaqus的数值模拟结果显示，钢筋混凝土板在4种不同峰值压力、不同作用时间的爆炸荷载作用下会发生弯曲和剪切两种不同的破坏模式．结论钢筋混凝土板在相同强度的脉冲压力作用下会发生不同的破坏模式，随着峰值压力的增加与作用时间的减小，破坏模式逐渐由弯曲破坏转变为剪切破坏．爆炸峰值压力较小，作用时间较长时钢筋混凝土板主要发生板边缘和板中部的弯曲破坏：而在爆炸峰值压力较大，作用时间较短时主要发生支撑处的剪切破坏．     

堆石混凝土技术在梁构件中应用的试验研究

目的为了研究堆石混凝土技术在配筋结构中的应用．方法采用堆石混凝土的设计思想，分别以石块、废弃混凝土块和轻质材料作为大骨料进行配筋混凝土梁的浇筑．分别比较上述3种混凝土梁与自密实混凝土梁在不同破坏形式下的力学性能，对4根受弯梁和4根受剪梁进行试验研究．结果得到各种梁的裂缝发展规律，荷载一挠度曲线及极限承载力等力学性能指标，并进行简单的经济评价；自密实混凝土充填石块或者废弃混凝土块梁的抗弯、抗剪承载力均高于自密实混凝土梁，并且造价低廉；自密实混凝土充填轻质材料梁的抗弯承载力与自密实混凝土梁相近，抗剪承载力有一定程度降低并且降低幅度由轻质材料的堆积率决定．结论自密实混凝土充填石块或者废弃混凝土块梁可替换自密实混凝土梁应用于实际结构中；自密实混凝土充填轻质材料梁可以作为轻质混凝土应用于实际结构中．     

爆炸荷载作用下钢框架柱冲击响应与破坏模式的数值模拟

目的运用非线性显示动力学有限元方法分析计算爆炸冲击荷载作用下钢框架柱的冲击响应和破坏模式．方法基于有限元分析程序ANSYS／LS—DYNA建立三维有限元模型,分析钢框架柱在3种爆炸荷载作用下可能发生的破坏模式特征及其影响因素．结果壳单元shell163考虑了局部屈曲效应和剪切应变的影响,可以有效模拟在爆炸荷载作用下钢框架柱的冲击响应和破坏模式．在荷载峰值相同的情况下,荷载持续时间越长,结构的变形越大;荷载冲量相同时,爆炸荷载峰值压力越高,结构的破坏程度越严重．结论钢框架柱的破坏模式与爆炸荷载的作用特征有关：在冲量荷载作用下,钢框架柱倾向发生柱脚剪切破坏和柱中翼缘屈曲破坏;在动力荷载作用下,钢框架柱则倾向发生柱脚剪切破坏;在准静态荷载作用下易发生整体弯曲屈曲破坏．     

基于IDA的自复位预制剪力墙抗倒塌能力分析

自复位预制混凝土剪力墙通过预应力筋将分段预制墙片沿竖向拼接形成整体,同时在墙底部设置普通钢筋以增加耗能能力。前期的试验研究和数值模拟结果表明,自复位预制混凝土剪力墙具有损伤破坏程度轻、震后残余变形小的特点,是具有震后可恢复功能的抗震结构体系。为进一步研究该类体系在强地震动输入下的性能,特别是抗倒塌性能,设计了4层和6层原型结构,分别采用自复位预制混凝土剪力墙和传统钢筋混凝土剪力墙作为主要抗侧力构件。通过前期试验结果,建立了可靠的数值分析模型,用于后续倒塌分析。采用44条地震动输入对各原型结构进行非线性增量动力时程分析,并建立各自的倒塌易损性曲线,在此基础上采用FEMA P695标准评估和比较各原型结构的抗倒塌能力。分析结果表明,由于耗能能力略小的原因,自复位预制混凝土剪力墙在罕遇地震作用下的水平位移比传统现浇剪力墙稍大,但其在强震作用后的残余变形则明显小于普通钢筋混凝土剪力墙,即具备良好的震后自复位性能。倒塌易损性曲线的对比表明自复位预制剪力墙的变形能力显著优于普通剪力墙,因此震后损伤破坏程度轻。采用FEMA P695标准的方法对各原型结构抗倒塌能力评估结果表明,作者设计的4层和6层自复位预制剪力墙具有与普通现浇剪力墙接近的抗倒塌能力和地震安全冗余度,满足FEMA P695对结构抗倒塌安全性的要求。     

复合砂浆钢筋网加固约束梁抗剪性能试验

通过4根高性能水泥复合砂浆钢筋网加固的约束梁和2根未加固的对比梁的抗剪性能试验,研究了这种加固技术对混凝土约束梁抗剪性能的影响和作用,分析了抗剪加固对约束梁的开裂荷载、极限荷载、剪切刚度的影响。结果表明,利用这种方法进行加固,梁的抗剪承载力得到了显著提高,剪切刚度有一定程度的提高,同时加固措施对斜裂缝的发展有良好的约束作用。在试验研究的基础上,提出了加固梁的抗剪承载力建议公式,计算结果与试验结果吻合较好。