爆炸荷载作用下钢-混凝土组合梁的动力响应及破坏形态分析

本文利用LS-DYNA软件对同冲量不同超压峰值不同时间的三种荷载工况下钢-混凝土组合梁的动力响应及破坏模式进行了研究对比,并对梁的变形过程、关键位置点的位移、速度、支座剪力和跨中弯矩进行了详细的分析。结果表明,在爆炸冲击波下,开始阶段混凝土板对钢梁有很好的保护作用,但混凝土易于破碎,钢-混凝土组合梁容易丧失共同工作的能力,剪切破坏是钢-混凝土组合梁的一种重要破坏形式。     

40kgTNT当量爆炸塔的等效静载荷计算

运用IMPACT3D编码模拟计算了40kg TNT炸药球爆炸在塔体内壁8个特征点上产生的反射超压波形,从而得到各特征点反射超压峰值和其平均值及其正相作用时间;将爆炸塔壳体的运动简化成无阻尼的单自由度振动,由此可导出动力系数Cd的计算表达式,塔体的等效静载荷则是特征点平均超压峰值与动力系数之积.     

点支式夹层玻璃幕墙爆炸试验研究及有限元分析

为研究点支式夹层玻璃幕墙的抗爆性能,完成了2种夹层玻璃厚度、TNT装药量从0.4~30 kg的共9组野外爆炸试验,研究了不同装药量下的超压响应、玻璃幕墙的位移响应和破坏模式。系列爆炸试验结果表明,爆炸发生后超压迅速升至峰值,并在几毫秒内衰减;夹层玻璃的位移响应随着TNT装药量的增加而增大,增加玻璃厚度可有效降低夹层玻璃的位移响应;点支式玻璃幕墙的破坏模式为PVB夹层在点支孔处撕裂从而导致玻璃面板破坏,此时钢化玻璃已碎成颗粒附着在PVB上,但不发生飞溅。同时,采用动力非线性有限元方法分析爆炸试验,有限元模拟获得的中心点最大位移与试验结果差别在35%内;有限元分析发现玻璃面板在点支孔处有明显的应力集中现象,从而导致点支孔处发生破坏,所得破坏模式与试验结果一致。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件动力响应的数值模拟

考虑了高应变率下混凝土和钢筋的动态本构模型,根据已有试验资料对炸药、钢筋混凝土构件和两者之间的空气建立数值模型,使用显式动力有限元软件LS-DYNA模拟了空气中点源炸药爆炸产生的爆轰冲击作用于钢筋混凝土构件和爆炸荷载作用下构件动力响应的全过程。结果表明,钢筋混凝土构件受到爆轰冲击的作用区域主要集中在构件迎爆面,构件背爆面受到的绕射冲击作用相比可以忽略;构件内应力波的传播不规则,同一位置处剪切应力波峰值早于弯曲应力波出现,构件的易损部位和爆轰冲击的主要作用位置有关,构件中部较端部更易发生弯曲破坏,而端部较中部更易发生剪切破坏。数值模拟结果和试验数据具有较好的一致性。成果表明,本文的数值模拟方法可以更准确地模拟爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏机理和研究构件抗爆能力。     

复合加劲肋对腹板开洞H型钢梁抗爆性能的改善

H型钢梁被广泛地应用于钢结构设计中,为满足使用要求常在其腹板开设数个尺寸较大的洞口。利用LSDYNA软件建立了设置不同数量、不同尺寸洞口的H型钢梁的有限元模型,分析了其在不同比例距离的爆炸荷载作用下的动力响应与洞口角部的应力集中现象。提出了设置复合加劲肋以提高腹板开洞H型钢梁抗爆性能的方法,并设计了3种加固方案。通过与未采取加固措施的H型钢梁对比,加劲肋加固方案3可减小梁整体与局部的塑性残余变形、减小洞口角部由应力集中产生的有效塑性应变,从而有效地提高H型钢梁的抗爆性能。     

爆炸载荷下等效电子目标的动态响应数值研究

为研究电子设备在爆炸冲击载荷作用下的毁伤效应,通过设计等效电子目标,采用数值模拟的方式分析了在600 g TNT当量冲击载荷下等效电子目标的结构响应情况。结果表明,在爆炸冲击载荷作用下,铝壳最大变形位移量与超压峰值呈类线性关系变化;随着爆炸距离的增大,等效电路板的振动加速度峰值逐渐减小,而加速度振动周期逐渐增长;当超压峰值小于0.641 MPa时,等效电子目标的破坏主要来自内部电子元器件的爆炸冲击振动效应。     

爆炸冲击波在空气中传播规律的经验公式对比及数值模拟

通过对爆炸冲击波在空气中传播的已有研究成果进行对比分析,发现不同学者对冲击波超压峰值和超压持续时间的预测结果存在不少差别,文中总结出能较好地描述冲击波超压峰值与比例距离关系的表达式。同时用LS-DYNA动力有限元软件模拟TNT炸药爆炸产生的冲击波在空气中的传播,模拟所得的超压峰值小于经验公式的结果。故有必要对爆炸冲击波进行进一步的研究。     

爆炸作用下夹层玻璃幕墙动力响应试验研究

为研究夹层玻璃在爆炸作用下的动力响应特征,对四边简支夹层玻璃面板进行了爆炸作用试验研究。试验按3个爆炸等级进行,研究了夹层玻璃面板在不同爆炸当量下的动力响应特征和破坏形态。试验表明：爆炸作用后冲击波的超压迅速升至峰值,并在数十毫秒内逐渐衰减,夹层玻璃的位移和应力随爆炸等级的增加而增大;在爆炸作用下,玻璃面板开始碎裂时裂纹在中心处呈环状,并由中心向四周均匀扩散,整个裂纹呈放射状展开,随着爆炸等级的增加,最终呈撕裂状破坏,钢化玻璃破碎为颗粒附着在PVB胶层上,没有发生飞溅。同时运用LS-DYNA有限元分析软件对试验模型进行了数值分析,分析所得玻璃面板的中心点最大位移与试验结果差别为38.7%,最大应力与试验结果的差别为20%,所得破坏模式与试验结果相吻合,表明数值模拟方法可靠。     

爆炸作用下钢空腹夹层板的动力响应

研究C-4炸药爆炸对钢空腹夹层板的影响.采用光滑质点流体动力学和有限元法耦合的方法(SPH-FEM)分析钢空腹夹层板的爆炸动力响应.找出确定当量的炸药爆炸后结构的破坏扩展模式以及爆炸过程中剩余结构的位移和应力分布规律,研究炸药质量和炸点位置对结构的影响.分析结果表明:与破坏扩展模式一致,最大应力位置随着冲击波的传递由夹层板中心往外侧推进,最大应力始终出现于接近破坏处的剪力键上.炸药质量和炸点位置对钢空腹夹层板动力响应影响明显.     

天津港“8·12”爆炸桁架厂房破坏效应研究

本文以天津港8·12特别重大火灾爆炸事故为背景,主要研究不同比例距离下钢结构单层厂房在受到爆炸荷载时的动力响应和破坏过程。采用Plastic-Kinematic塑性随动模型考虑应变率效应模拟在爆炸荷载作用下低碳钢材料的本构关系。利用有限元ANSYS/LS-DYNA软件实现对平面桁架结构在爆炸荷载作用下结构响应、破坏和倒塌过程的数值模拟,分别控制实际爆炸距离以及炸药当量,研究不同比例距离下的钢结构单层厂房破坏效应。得出炸药当量一定时,实际爆炸距离的改变对结构的倒塌破坏影响更大这一结论。     

Simplified theoretical analysis and numerical study on the dynamic behavior of FCP under blast loads

Precast concrete structures have developed rapidly in the last decades due to the advantages of better quality, non-pollution and fast construction with respect to conventional cast-in-place structures. In the present study, a theoretical model and nonlinear 3D model are developed and established to assess the dynamic behavior of precast concrete slabs under blast load. At first, the 3D model is validated by an experiment performed by other researchers. The verified model is adopted to investigate the blast performance of fabricated concrete panels (FCPs) in terms of parameters of the explosive charge, panel thickness, and reinforcement ratio. Finally, a simplified theoretical model of the FCP under blast load is developed to predict the maximum deflection. It is indicated that the theoretical model can precisely predict the maximum displacement of FCP under blast loads. The results show that the failure modes of the panels varied from bending failure to shear failure with the mass of TNT increasing. The thickness of the panel, reinforcement ratio, and explosive charges have significant effects on the anti-blast capacity of the FCPs.     

双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙的抗震性能,进行了2层半单跨1/3缩尺试件的低周反复加载试验,分析了试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。试验结果表明:双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙滞回曲线饱满,耗能能力强,延性好,水平刚度较大;循环荷载作用下,连梁腹板首先屈服进入塑形,接着连梁两端翼缘、柱脚和剪力墙底部进入塑性;第2层连梁两端翼缘拉断,导致试件失效;剪力墙的线刚度远高于连梁的线刚度,水平荷载作用下连梁两端弯矩大,为结构的薄弱部位;为避免剪力墙自由边底部与梁连接部位发生破坏,在自由边处应设置边柱加强;试件达到峰值荷载时,顶点位移角为1/50;双钢板内填混凝土短肢剪力墙试件底层变形比2层小,耗能相对2层少;弹性范围内同一水平荷载作用下,连梁腹板的剪应变最大,边柱柱脚的正应变较大,剪力墙钢板的剪应变较小。ABAQUS 有限元分析结果与试验结果吻合较好。     

后张预应力压接装配混凝土框架结构足尺试验研究

为研究预应力压接高效装配式混凝土框架体系(PPEFF体系)的抗震性能和预应力筋锚具意外失效情况下的抗连续倒塌性能,开展了二层三跨足尺平面框架模型的试验研究。框架模型首层层高4.2 m,顶层层高3.5 m,中梁跨度为8.5 m,边梁跨度为7.5 m,按GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中抗震设防烈度8度(0.3 g)进行设计。试验中首先在框架顶部施加低周水平往复荷载,当加载至0.01 rad位移角时,框架梁端和柱脚耗能钢筋屈服;当加载至0.0195 rad位移角时,结构残余位移角为0.005 rad,展现了良好的低损伤和自复位特性;当加载至0.04 rad位移角时,水平荷载达到峰值,预应力筋仍处于弹性工作状态,展现了良好的抗侧能力和耗能能力。详细观测了加载全过程结构的变形、刚度退化、耗能、预应力变化和梁伸长等行为,并进行了数值分析,与试验结果吻合良好。为进一步验证经历强震损伤后梁端受剪承载力和梁跨中局部有黏结构造措施的有效性,在水平加载试验结束后,人为去除框架一层端部预应力筋锚具,对梁端进行了剪切试验,获得了预应力筋有效和失效情况下PPEFF节点梁端受剪破坏模式,验证了PPEFF梁柱节点具有良好的抗剪能力和安全储备。     

采用UHPC-RC阶梯桩的整体桥试设计

为了增大桥台基础柔度,适应整体桥纵桥向变形需要,提出了上部采用超高性能混凝土（UHPC）材料、下部采用普通混凝土（RC）材料的UHPC-RC阶梯桩,进行了这种新型桩基整体桥的试设计,在桩顶3 m范围内用截面尺寸为30 cm×30 cm的UHPC代替原来的70 cm×50（70） cm普通混凝土,并采用MIDAS软件建立了全桥空间有限元模型。研究结果表明:恒载作用下,试设计桥梁端负弯矩相比于原桥明显减小;在偏载和中载作用下,试设计桥主梁在桥台处的负弯矩分别减小14.2%和22.8%;整体降温作用下,主梁的轴力和弯矩均都有显著减小,桩身的最大剪力和最大弯矩出现在桩顶位置,分别减小52.2%,59.8%;在整体升温作用下,桥台的最大剪力和最大弯矩出现在桥台顶部位置,分别减小32.6%,45.8%;UHPC-RC阶梯桩是一种适合中国国情、有发展前景的无缝桥桩基新结构。     

爆破荷载作用下青岛胶州湾海底隧道覆盖岩层稳定性分析

以青岛胶州湾海底隧道为背景,采用国际上常用的计算模式模拟爆破施工荷载,根据ABAQUS动态计算的特点,将爆破荷载以等效应力的方式加载于模拟炮孔之上,依据不同围岩类型和岩层覆盖厚度设计值选取隧道左、右线典型段;采用有限单元法分析了覆盖岩层各监测点的振动速度、加速度变化趋势。数值分析结果表明,各测点的振动速度、加速度时程曲线均满足隧道爆破变形规律。根据隧道围岩振动破坏准则,计算所得的最大水平、垂直振动速度均小于规范要求的临界值,且爆破作用影响范围远小于隧道覆盖岩层设计厚度,所以岩层覆盖厚度设计值满足爆破工程稳定性和安全性要求。同时,考虑到隧道选线的经济合理性,提出了爆破施工荷载作用下隧道顶板厚度设计参考值,并进行了验证,对类似工程具有一定的指导意义。     

FRP钢管混凝土柱抗爆性能数值模拟

为研究FRP钢管混凝土柱(CFST)的抗爆性能,建立了比例距离为0.28 m·kg^-1/3时爆炸荷载下纤维增强复合材料(FRP)钢管混凝土柱的数值模型。运用LS-DYNA非线性有限元程序中的高能爆炸材料模型及状态方程来施加爆炸荷载,采取多物质流固耦合方法进行数值模拟,通过试验数据验证了该模型的合理性。通过数值模拟展示了FRP钢管混凝土柱的位移时程及钢管、混凝土、FRP的等效应力变化,分析了其变化规律与分布特征。此外,通过改变相应参数研究了FRP层数、钢管屈服强度及混凝土强度对FRP钢管混凝土柱的影响程度。结果表明:FRP的约束可以有效提高钢管混凝土的抗爆性能,其易损部位主要发生在柱中及柱两端; 增加FRP层数,提高钢管屈服强度和混凝土强度均可提高柱的抗爆性能; 建立的模型可以进一步推广到不同比例距离、不同截面形状的FRP钢管混凝土柱抗爆研究,同时为FRP钢管混凝土抗爆设计提供了一定依据。     

混凝土板在近距离化爆作用下的相似分析

通过对爆炸作用的JWL方程和混凝土的HJC模型量纲分析,得到了混凝土板在化学爆炸作用下响应的相似关系,相似关系表明化学爆炸的爆压与比例距离有关,爆炸冲击波载荷作用下,在相同的缩放比例条件下,结构应力和应变满足几何相似模型律。     

冲击荷载作用下热轧H型钢梁数值模拟研究

为了研究热轧H型钢梁在冲击荷载作用下的力学性能与破坏形式,对H型钢梁的冲击试验建立精细化有限元模型,再与试验结果进行对比,验证有限元模型的准确性。基于有限元模型分析冲击荷载作用下钢梁的荷载重分布和内力变化。之后开展拓展参数分析,研究钢材强度、锤头几何形状、有无局部加固、冲击位置、边界条件对钢梁抗冲击性能的影响。结果表明:冲击荷载作用下,钢梁出现局部屈曲,并在响应结束阶段承受不对称剪力,其主要破坏形式为局部屈曲和扭转变形; 提高钢材强度,相应钢梁整体抗冲击性能得到增强; 改变锤头几何形状,导致接触刚度改变,冲击力时程曲线出现变化; 在冲击区设有局部加固可以提高冲击区的刚度以及稳定性,钢梁抗冲击能力得到提升; 当冲击位置靠近支座时,冲击力出现至支座反力出现的时间间隔缩短,钢梁能更好地抵抗冲击荷载造成的破坏; 当钢梁边界条件由铰接改为刚接时,由于钢梁长度增加受惯性荷载影响增大,并且由于支座对梁体约束减弱,冲击力整体大幅降低,梁跨挠度增大。     

全长黏结注浆格构锚固工程模型试验研究

 格构锚固工程在滑坡防治中的应用已越来越广泛,但其作用机制研究却远滞后于实际应用。针对全长黏结注浆工况下格构锚固工程的受力情况、破坏模式及作用机制,开展格构锚固工程大型物理模型试验。试验结果表明,全长注浆格构锚固可有效提高滑坡的稳定性;锚固力在滑面处最大,向两端递减,格构所承受锚固力很小,其基底反力呈跨中大节点小的近三角形分布;锚杆在滑面位置发生剪切变形,格构仅发生轻微挠曲变形,滑坡体发生整体滑移;锚杆发挥剪切抗滑作用,为主要抗滑构件,格构则保证了滑坡的整体稳定性;全长注浆工况格构锚固设计应注重校核锚杆的抗剪切能力,格构部分建议采用构造配筋设计。试验研究结果揭示了全长黏结注浆工况下格构锚固体系的力学抗滑机制,可供其他类似工程参考和借鉴。