爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的破坏机理研究

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立跨度为4 m的标准钢筋混凝土梁的有限元模型。分析了在单位爆炸荷载P=1.0 MPa作用下,钢筋混凝土梁从出现裂缝到发生破坏的全过程。     

梁板结构有限元分析的非等效荷载处理方法

针对现阶段结构分析中广泛采用的等效荷载处理方法的不足,提出采用非等效荷载处理方法处理结构上的各种荷载.基于梁板结构有限元分析中常用三节点平面壳单元,采用面积坐标处理单元上作用的常用荷载,编制了相应的有限元分析程序.算例结果比较分析表明该方法实用、可行.非等效荷载处理方法简单直观、易于理解应用,能够帮助有限元软件开发人员...     

爆炸荷载作用下钢管混凝土柱非线性分析

基于统一强度理论,推导了钢管混凝土柱的塑性极限弯矩和均布荷载作用下简支梁的极限位移。考虑爆炸反应过程中钢管混凝土柱质量和刚度改变产生的非线性影响,采用等效单自由度模型和逐步积分法,分析了爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的动态响应。将理论计算结果与相关文献计算结果进行对比,验证了理论计算方法的正确性。研究结果表明:随着套箍系数的增大,塑性极限弯矩及极限位移增大;随着侧压系数的增大,塑性极限弯矩增大;考虑钢管对受压区混凝土抗压强度的提高比不考虑时塑性极限弯矩提高了12%~19%;提出的计算方法满足钢管混凝土柱抗爆分析的精度要求,可为钢管混凝土柱的抗爆设计和防护提供参考。     

爆炸荷载作用下砌体墙碎片分布分析

正确预判结构在不同爆炸事件中可能产生的碎片分布特性,对提高结构的抗爆安全性和减轻爆炸灾害具有重要意义。基于连续损伤力学和裂缝微观发展理论,进行了砌体墙在爆炸荷载作用下产生的碎片尺寸分布分析,得到了概率密度函数;根据空气动力学原理,计算了碎片形成后的抛射轨迹和抛射距离,并进行概率统计分析,得到不同爆炸工况下碎片的概率密度函数。数值分析结果表明:碎片尺寸分布符合广义极限分布规律;碎片抛射距离的分布因比例距离不同而有所不同;比例距离较小时,抛射距离的分布符合广义极限分布;比例距离较大时,抛射距离分布符合指数分布;碎片尺寸的均值和方差均与比例距离呈线性关系;抛射距离的均值和方差与比例距离之间的关系可用波尔兹曼方程表示。     

爆炸荷载作用下工字钢梁非线性有限元分析

利用大型通用有限元软件ABAQUS对工字钢梁在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值计算,分析过程中考虑了应变速率对钢材性能的影响。通过调整爆炸荷载的施加方式和工字钢梁支座边界等参数,得到了爆炸荷载作用下,工字钢梁在不同条件下的跨中位移响应、破坏形态、跨中Mises应力变化与时间的关系和梁中塑性耗散能的变化,并对结果进行了分析比较。     

爆炸荷载作用下抗爆结构的防护机理

从分析爆炸荷载对抗爆结构的作用机理出发,着眼于从结构体对爆能的吸收和动力响应的角度考虑其防护效能,并以结构实例突出阐述了常规武器爆炸对结构体产生的震塌破坏效应和破坏机理。     

爆炸荷载下混凝土梁中混凝土和钢筋应变率研究

钢筋和混凝土的应变率分析对混凝土梁的抗爆炸设计和验算至关重要.但是,爆炸荷载在混凝土梁中诱发的应变率远超出现有试验技术范围.目前的处理方法主要是将应变率(ε)假设为定值或采用加载率取代应变率,这样的简化直接降低了相关研究成果的科学性和可信度.根据爆炸荷载的作用特征,采用通用的单自由度模型,从杜哈姆(Duhamel)积分入手,研究爆炸荷载下钢筋混凝土梁任意截面应变率的分析方法,推导跨中截面应变率的计算式,分析跨中截面最大应变率及影响因素.分析结果较好地反映了混凝土梁的动力特性,为深入研究钢筋混凝土梁及其他受力构件在爆炸荷载下的动力响应特性提供了理论依据.     

二次爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁动力响应分析

将化爆荷载等切线简化为突加三角形动载,运用动力有限元程序计算三种典型跨长钢筋混凝土适筋梁在二次动载冲击下的破坏形态和动力响应,重点分析对比前后两次荷载作用下梁构件跨中正截面钢筋和混凝土应力应变的变化特征。结果表明,梁在二次突加动载作用下的破坏包含整体弯曲破坏和局部剪切破坏,钢筋和混凝土的二次残余应变增大幅度远高于残余应力的提高。构件越长,挠度峰值相对越大,但对钢筋和混凝土应力峰值影响不大。通过等效一次动载与二次动载的响应,给出了三种典型跨长钢筋混凝土梁二次动载的设计提高系数供设计参考。     

爆炸荷载下预应力混凝土梁抗爆性能数值模拟

利用有限元软件LS-DYNA 对预应力混凝土梁在爆炸荷载作用下的力学性能进行数值研究。对4 组预应力混凝土梁在爆炸荷载作用下的抗爆性能进行数值模拟,研究预应力大小和混凝土强度对梁抗爆性能的影响。提取跨中最大位移、残余位移、裂缝形态、钢筋应力和支座附近混凝土剪应力,通过与相同爆炸荷载作用下无预应力混凝土梁的性能进行对比,得到预应力对钢筋混凝土梁抗爆性能的影响规律。     

接触爆炸荷载下钢—混凝土组合梁简化设计方法研究

接触爆炸荷载作用下可引起结构的破坏.为研究钢-混凝土组合梁的抗爆性能,基于等效单自由度方法和能量方法,推导了接触爆炸荷载作用下钢-混凝土组合梁最大弹塑性变形的简化计算方法,并同数值分析结果进行了对比.结果表明,此方法有较高的计算精度,可用于评估钢-混凝土组合梁的抗爆能力,并可供实际工程参考使用.     

钢筋混凝土梁式构件抗爆分析的改进等效单自由度方法

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁式构件可能会出现多种破坏模式，主要有弯曲破坏、直剪破坏和弯剪联合破坏等。现有结构构件抗爆分析方法主要考虑爆炸荷载下结构构件的弯曲破坏，对直剪破坏和弯剪联合破坏研究较少，尤其缺少快速准确的抗爆分析方法。基于等效单自由度模型理论，改进了钢筋混凝土梁抗爆分析的直剪单自由度方法，提出了直剪、弯剪联合破坏的判定准则，给出了两种破坏模式下钢筋混凝土梁动态响应的计算方法。进一步考虑爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的弯曲破坏、直剪破坏和弯剪联合破坏，提出钢筋混凝土梁式构件抗爆分析的改进等效单自由度方法，并给出了其分析步骤。该方法可以直接评估爆炸荷载下钢筋混凝土梁式构件的破坏模式，并计算其动态响应。通过有限元软件LS-DYNA数值模拟了不同爆炸工况下钢筋混凝土梁式构件的动态响应和破坏模式，与改进的等效单自由度方法的计算结果进行了对比，验证了提出的改进等效单自由度分析方法的正确性。     

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。     

A methodology for evaluating dynamic responses of steel columns subjected to blast load under different situations

In recent studies, the uniform simplified distribution blast load and numerical simulation have proven to be prevalent in the use of investigating structural components dynamic behaviour during blast events, whilst neglecting the negative phase pressure. This study compares the steel column's response during the total pressure period to that of its response during only the positive stage. Moreover, the real blast pressure has varying values depending on the point distance and explosion incident angle. The real blast load curve was derived by using a specialised program to calculate pressure at different points on the steel column vertical line; and the results were used to compare its impact with the uniform and concentrated cases. Also ABAQUS finite element code was used to check the validity of the single-degree-of-freedom (SDOF) analysis method when the column is subjected to axial and transverse blast loads. The obtained results show the SDOF inability through dynamic reaction calculations. In addition, SDOF has limitations in dealing with dynamic steel response when the axial load ratio was greater than 0.5. Damage prediction methods and equations were introduced through different concepts and the ductility ratio was used to estimate the damage level of 100 kg TNT at 4.5 m stand-off distance. The strain rate effects were included in the material with different scenarios based on the dynamic increase factor.     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱的动力响应与破坏模式

在爆炸荷载作用下,钢筋混凝土构件和结构的动力响应较之地震荷载和静态荷载作用下要复杂得多。运用有限元显式动力分析软件LS-DYNA,建立了典型钢筋混凝土柱的三维有限元模型,该模型对钢筋混凝土采用分离式建模,并且考虑了材料的应变率效应和钢筋与混凝土间的粘结滑移。在该有限元模型的基础上,通过对爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱动态响应的数值模拟,研究了钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下可能的破坏模式及其规律。同时,运用参数化分析方法,研究了截面惯性矩、混凝土轴心抗压强度、纵筋配筋率和配箍率等参数对钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下的动态响应的影响,在数值模拟结果的基础上,分析提出了钢筋混凝土柱抗爆设计时应当注意的问题。研究结果表明:在爆炸荷载作用下,钢筋混凝土柱的破坏模式不仅和自身的特性有关,还取决于爆炸荷载的类型。提高柱截面惯性矩和混凝土轴心抗压强度,能够显著降低钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下的柱中水平位移,从而提高其抗爆性能。增加配箍     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土板破坏评定方法

压力-冲量(P-I)曲线是结构构件在爆炸荷载作用下的初始设计及在爆炸荷载作用后的破坏评定的有效工具。目前,确定结构构件的P-I曲线采用的方法均是基于单自由度结构体系假定的,并且多以结构构件的中点位移作为破坏指标。然而在爆炸荷载作用下,结构构件大多因高阶响应而发生局部破坏,且可能发生弯剪破坏。因此,通过将结构构件简化为单自由度体系模型并且选择结构构件中点位移为单一破坏指标获得的结构构件的P-I曲线,不能准确评定其破坏程度。利用LS-DYNA有限元动力分析软件,建立了典型钢筋混凝土板在爆炸荷载作用下响应和破坏的分析方法,提出了基于钢筋混凝土板跨中截面受弯剩余承载力的破坏指标以及利用数值方法确定钢筋混凝土板跨中截面受弯剩余承载力的步骤。同时,综合分析数值模拟结果,拟合了钢筋混凝土板P-I曲线的数学表达式,提出了一种简化了的确定钢筋混凝土板P-I曲线的方法,采用该方法确定的P-I曲线可用来对任意爆炸荷载作用后钢筋混凝土板的破坏进行评定。     

爆炸荷载作用下钢结构的动力响应与破坏模式

采用对空气扩散有限制的典型爆炸超压模型,考虑应变速率和损伤累积效应对钢材的影响,应用ABAQUS有限元分析软件,对钢柱和平面钢框架在爆炸荷载作用下的动力响应和破坏模式进行了数值模拟和分析。结果表明:采用Johnson-Cook本构模型以及考虑损伤累积效应的失效准则,可以有效地模拟钢结构在爆炸荷载作用下的动力反应;降低柱顶集中荷载或者减小柱长度,可以有效地提高钢柱在爆炸荷载作用下的承载能力;在爆炸荷载作用下,钢柱产生不可恢复的塑性变形而丧失承载能力,是平面钢框架发生整体倒塌的主要原因。     

再生混凝土叠合梁板受弯性能数值分析

在已完成的再生混凝土叠合梁板受弯性能试验的基础上,运用Abaqus软件对叠合梁板进行了非线性有限元分析.验证了有限元模型的正确性之后,引进一种新的叠合型式,预制部分采用再生混凝土而现浇部分采用普通混凝土,然后用Abaqus对新叠合梁板进行分析.分析结果表明,新叠合型式更合理地利用了混凝土材料,进一步提高了结构的受力性能.     

Flange and web limit states in beams subjected to patch loading

Recent field observations during bridge construction revealed excessive localized deformations in sill and cap beams that support falsework posts. Hence, possible limit states associated with flange and web deformations in W and HP sections subjected to patch loading are investigated in this paper. Critical limit states were found to be related to flange bending, post compression, and the interactions associated with patch loading between a beam flange and timber or steel post. Other limit states are associated with web deformations. Two alternative methods based on yield line analyses that establish upper-bound limiting loads for these limit states are proposed. The first method accounts for an interaction between flange bending and post compression strength, whereas the second method uses an effective bearing area of the post. The former method is most effective in characterizing flange-timber posts interactions, while the effective bearing area method was found to be more accurate for steel posts. For beams with relatively thick webs, such as those typically used in bridge falsework, the web was found to have a greater capacity than the flange and post, with the critical web limit state due to web yielding. It was shown that current recommended equations were appropriate with modifications to account for the patch loading condition.     

钢筋混凝土板受燃气爆炸作用下的行为响应及承载力性能分析

燃气爆炸的反应过程与荷载特征与炸药爆炸明显不同。为研究燃气爆炸对钢筋混凝土板行为响应及竖向承载力的影响,采用FLACS模拟得到了室内燃气爆炸典型的超压时程曲线,结合LS-DYNA有限元软件建立的楼板数值分析模型,研究了钢筋混凝土板在燃气爆炸下的动态响应、破坏模式及在抗倒塌过程中的受力机制和承载能力,以及混凝土、钢筋强度等因素的影响。结果表明：钢筋混凝土板在燃气爆炸荷载作用下呈典型的弯曲破坏模式,且与能量等效的TNT爆炸相比,动态响应及损伤相对较小;燃气爆炸后楼板在抗倒塌过程的初期以薄壳受力机制为主,随后由受弯机制发展为受拉薄膜机制,但因受拉薄膜效应无法有效开展而导致爆炸后楼板的承载能力出现中度下降;增大钢筋直径,减小钢筋间距,采用双层配筋方式,以及在高强度钢筋对应的适筋范围内增大混凝土强度,可有效提高楼板抗燃气爆炸的能力,并降低爆炸对板承载力的影响;增大钢筋强度虽能提高楼板抗燃气爆炸能力,但亦会增强爆炸对板承载力的影响,而在低强度钢筋对应的适筋范围内增大混凝土强度基本不会改变爆炸对板承载力的影响。