长持时平面爆炸波作用下RC梁动力响应研究

通过野外爆炸试验和数值模拟，对RC梁在长持时平面爆炸波作用下的动态响应和破坏模式进行了研究。为获取长持时平面爆炸波，设计了基于平面多点装药爆轰技术的平面爆炸波发生装置。对4根2500 mm×200 mm×200 mm的RC梁进行了野外爆炸试验，其爆炸荷载峰值和持时分别在0.4～0.7 MPa和85～100 ms范围内。进一步基于有限元分析软件LS-DYNA中的结构化任意拉格朗日-欧拉(SALE)求解器和流固耦合算法，对试验工况进行了数值模拟。通过对比超压、钢筋应变和位移时程以及构件损伤，验证了所采用有限元分析方法的准确性。同时，评估了UFC 3-340-02规范中等效单自由度(SDOF)方法对于长持时爆炸工况的适用性。结果表明：所设计装置能够生成长持时平面爆炸波，RC梁呈现典型弯曲破坏模式；基于SALE的有限元分析方法适用于多点爆轰工况；SDOF方法低估了RC梁在长持时爆炸作用下的跨中最大位移，对于所考虑工况，混凝土和钢筋动态放大因子推荐取值为1.05和1.02。     

基于CSC模型的UHPC构件侧向低速冲击分析

超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)较普通混凝土具有更优异的强度、韧性和耐久性,广泛应用于桥梁墩柱和建筑承重柱,而上述构件存在车(船)、滚石等侧向低速冲击的潜在威胁,为此,针对UHPC梁/柱构件在侧向冲击下的损伤破坏和动态响应进行数值仿真分析。现有商用模型中广泛采用的混凝土动态本构模型均基于普通混凝土开发,如混凝土损伤(K&C)模型和混凝土连续面帽盖(CSC)模型等。基于作者前期开展的UHPC单轴拉/压、三轴压缩和Hopkinson杆动态拉/压试验,以及已有UHPC双轴等压和静水压试验数据,系统标定了UHPC材料CSC模型的强度面、帽盖、损伤、应变率和硬化参数,给出了一组适用于UHPC的CSC模型参数确定方法。进一步基于LS-DYNA商用有限元分析软件,对已有四组钢管UHPC梁和钢筋UHPC梁/柱构件的落锤冲击试验进行数值模拟,通过对比落锤冲击力、梁/柱动态挠度响应和破坏模式,验证了所提出的CSC模型参数计算方法的适用性和正确性。同时,对冲击过程中刚性落锤与构件之间的作用过程及能量耗散进行了讨论。结果表明：平头落锤冲击下构件经历了惯性抵抗、变形响应、构件回弹和脱离四个阶段;球头落锤冲击构件的惯性抵抗阶段不明显;随着冲击能量的提高,钢管(筋)耗能占比逐渐增大。     

爆炸荷载作用下内衬钢板的混凝土组合结构的局部效应分析

内衬钢板被广泛应用于军事工程的加固改造,以增强结构的防震塌局部破坏能力.但由于在爆炸荷载作用下内衬钢板的混凝土组合结构的局部破坏机理尚未完全搞清,因此本文利用以前建立的层状波动计算模型分析对比了有无钢板加固时混凝土中的应力变化情况,进一步研究了内衬钢板后组合结构在爆炸荷载作用下的防震塌破坏机理,并分析了混凝土钢板组合结构在爆炸荷载作用下的局部受力行为和破坏形态,可为工程设计提供理论依据.     

非均匀混合可燃气云爆炸的数值计算方法

利用计算流体动力学程序进行蒸气云爆炸后果评价是目前流行的方法。鉴于AutoReaGas保守地将气体的浓度分布假定为均匀的化学计量浓度场,导致模拟的气体爆炸后果比实际测量值或事故现场观测值偏大的问题,针对性地对AutoReaGas程序进行了改进:先利用Fluent软件计算出非均匀浓度场,并开发了AutoReaGas软件接口,可以将Fluent软件的计算结果耦合进AutoReaGas软件,把原来均匀分布的浓度场替换成非均匀的浓度场,然后再执行求解器的运算,这样就能得到气体爆炸的温度、压力等变量。将其数值模拟结果与自然扩散型气云爆炸的实验结果进行对比,结果表明:新提出的非均匀混合气云爆炸的数值计算更加符合实验结果,有效地提高了计算精度,也验证了改进计算方法的有效性。在此基础上,应用改进的计算方法及程序对某盐岩储气库地面注采站天然气爆炸的后果进行了实例模拟分析,结论认为:改进的AutoReaGas软件能较好地模拟盐岩天然气地下储气库注采站非均匀混合的高斯气云爆炸。由此进一步扩大了该软件的适用范围。     

混凝土类材料SHPB实验若干问题探讨

分离式霍普金森压杆(SHPB)实验是研究混凝土类材料动态力学性能的主要方法。该文简要回顾了当前混凝土类材料SHPB实验中存在的若干问题(如端面摩擦、骨料大小、惯性效应、温度效应等)的研究进展;通过对混凝土SHPB实验的精细化数值模拟,进一步分析了惯性效应产生机理,提出了材料的塑性流动引起的横向加速度是产生围压的关键原因,围压波在试件中心的反射和边缘的卸载形成试件中围压从中心向四周逐渐减小的抛物线型分布;利用该文所提的SHPB实验惯性效应产生机理,较好地解释了SHPB实验的尺寸和主动围压的影响规律;基于自主研制的可进行围压和温度共同加载的SHPB实验装置TSCPT-SHPB,对在5MPa~25MPa围压作用下以及在40℃~80℃温度下盐岩动态力学性能进行实验研究,结果表明,高围压下应变率效应不如低围压下显著,温度越高,强度越低;基于考虑粗骨料大小、形状及空间随机分布的三维混凝土细观模型,对混凝土各细观组分对动态效应影响进行了研究,结果表明:各组分材料静态强度越高,混凝土动态强度也越高;在相同骨料粒径条件下,骨料体积率越高,混凝土动态强度也越高;而相同骨料体积含量条件下,骨料尺寸越大,混凝土动态强度越低。     

提高地铁车站结构抗震能力的理论及数值分析

1995年阪神地震中,地铁车站等地下结构遭受了严重的破坏,其中大开地铁车站破坏尤为严重,一半以上的中柱发生坍塌,为了提高地铁车站结构的抗震能力,本文基于第二类拉格朗日方程首先建立了地震荷载和轴力联合作用下柔性动边界梁动力响应的分析方法,并讨论了轴力和弹簧刚度与阻尼系数对动力响应的影响特点与规律,然后利用ABAQUS软件对阪神地震荷载作用下大开地铁车站在有无设置隔震器时进行了三维非线性动力分析。研究结果表明：)     

盐岩地下储库气体泄漏量的计算方法

为分析评估盐岩储气库泄漏事故灾害,借鉴现有输气管道气体泄漏率计算模型和压力容器泄压模型,提出一种适合于盐岩储库气体泄漏量的计算方法,与典型试验对比验证所提出计算方法的有效性;并以金坛盐岩地下储库为例,分析得到泄漏孔径、运营压力、井管长度对气体泄漏率的如下影响规律：气体泄漏率随着注采井套管破裂孔径的增大而逐渐增大,随着盐岩储气库运营压力的增大而线性增加,并随着井管管长的增大而逐渐减小。另外,应用所提出的模型对盐岩储库的气体泄漏速率和泄漏质量随时间的变化进行评估。     

盐岩球腔储库弹性应力分布的理论解析

假定地下储气库为球形腔体,利用在弹性阶段应力可叠加的基本原理,将球形储气库的受力方式简化分解为静水压力和垂直方向受力。对这2种受力方式下围岩应力分布解析结果进行叠加,获得在远场三轴压应力和储库内部压力共同作用下球腔储气库围岩弹性应力分布的完整解析解。在相同条件下,对盐岩球腔储气库进行数值分析,并将解析解与数值分析结果进行比较,结果表明,应力分布解析解与数值解吻合较好,验证所提出的分析方法是合理可行的。结合Hoek-Brown破坏准则,计算得出储气库不出现塑性破坏时的极限内压值范围。     

三维编织钢纤维增强混凝土单轴受压本构方程

三维编织钢纤维增强混凝土(3-D braided steel fiber reinforced concrete,3D-BSFC)是用新工艺研制出的一种纤维三维定向增强混凝土。采用YAW-3000A型伺服式万能试验机对3D-BSFC进行了单轴压缩试验,得到了不同3D-BSFC试件的应力应变全曲线。分析了钢纤维掺量对抗压强度,弹性模量,韧度的影响。经拟合给出了其应力-应变全曲线方程,与试验结果符合较好。分析表明本构方程中参数k1越小,抗压强度fc越大,弹性模量E0越大。k2越小,曲线下降段越平缓。     

深部块系岩体超低摩擦现象的机理分析

不规则超低摩擦现象是深部块系岩体典型动力学特征现象之一,集中反映了深部块系岩体非协调、非连续的动力学特性。基于俄罗斯Kurlenya M V院士的深部岩体超低摩擦实验建立了深部块系岩体一维动力模型,得出了工作块体水平位移的解析表达式。研究结果表明,一维动力模型理论计算结果与实验数据吻合较好,进一步揭示了深部岩体不规则超低摩擦现象产生的力学条件为分别作用于块系和工作块体上的竖向和水平冲击的时间间隔满足倍数为2的规范序列,指出超低摩擦现象产生机理在于强动载作用下块体间法向力重分布和动摩擦系数不断变化的共同作用,同时说明超低摩擦现象出现的离散周期和低频低速变位摆型波频谱具有密切联系。