不同配筋率钢筋混凝土柱应变率效应

混凝土是一种率敏感性材料,正确把握应变率效应对钢筋混凝土构件在强震等动力荷载下力学性能的影响,对结构抗震和抗风设计至关重要。采用CEB规范建议的考虑混凝土应变率效应的动力本构关系,运用纤维模型对钢筋混凝土柱在不同加载速率下的动力性能进行了数值模拟。对4个钢筋混凝土柱构件的快速加载试验的试验结果与模拟结果进行比较,结果表明所建立的纤维单元模型能够较好预测混凝土柱恢复力特性,验证了基于动力本构的纤维单元模型的有效性。基于此模型,研究了不同纵向配筋率和体积配箍率对钢筋混凝土柱动力性能的影响,结果表明纵向配筋率和体积配箍率对动力性能的影响呈现出不同的特征。     

重要建筑结构抗恐怖爆炸设计爆炸荷载取值探讨

由于爆炸过程的不稳定和爆炸测试的不确定性，由已有的预测爆炸荷载的经验公式和图表所得到的爆炸荷载存在较大差异，不便于工程应用。在查阅了各国抗爆规范和大量文献，搜集了大量已有的经验公式和图表的基础上，分析和计算了不同比例距离下的反射超压和假想比例持续时间。运用统计学方法求得各比例距离下具有90%保证率的反射超压和假想比例持续时间，拟合得到了爆炸荷载反射超压及假想比例持续时间与比例距离的关系曲线，可用于确定建筑结构抗爆设计的爆炸荷载取值。拟合公式确定的爆炸荷载参数稍大于人防规范和UFC规范中的规定取值，偏于安全，较为合理。     

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。     

Fire safety design method of circular steel tube confined reinforced concrete columns

对于钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能的研究,目前尚无抗火设计方法可供参考。实际工程中大多借鉴钢筋混凝土柱或钢管混凝土柱的抗火设计方法,但由于钢管约束钢筋混凝土柱的受力机理与二者不同,其耐火极限存在明显差异。为此,提出了火灾下圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限计算方法,分析了荷载比、长细比等因素对耐火极限的影响,并与钢筋混凝土柱和钢管混凝土柱进行了对比。研究表明：荷载比对圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限影响显著,荷载比越大,耐火极限越低;长细比、截面尺寸等因素对荷载比较小的构件影响显著。圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限为相同条件下钢筋混凝土柱的14.4%~66.0%,荷载比越大,两种构件的差异越大,按照钢筋混凝土柱的防火设计方法对圆钢管约束钢筋混凝土柱进行防火设计,结果偏于不安全;与钢管混凝土柱相比,钢管约束钢筋混凝土柱具有更高的耐火极限,是钢管混凝土柱的1.0~3.0倍。     

钢板-砂土-钢板组合防爆墙对爆炸冲击波的防护效应分析

为避免或减轻爆炸冲击波对建筑物的破坏作用,对钢板-砂土-钢板组合防爆墙对爆炸冲击波的防护效应进行了三维数值模拟研究。为分析防爆墙对爆炸冲击波的防护作用,提出了超压防护效应系数概念,分析了药量、爆距、结构高度等参数对组合结构防护效应的影响;给出了各比例爆距、比例墙高条件下防护效应系数的计算公式,得到了组合防爆墙背波面空气冲击波超压的预测模型。研究表明,比例爆距减小、墙高增大时,防爆墙对冲击波的防护效应增强。     

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     

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.     

钢筋混凝土柱偏心受压承载能力分析

设计钢筋混凝土偏心受压柱时,依据材料、荷栽的设计值确定的大小偏压界限轴力,低于实际破坏时的界限轴力.当作用轴力介于两者之间时,设计计算采用的破坏模式与实际破坏模式可能不符,由此导致轴压比不同时柱实际抗弯承栽力与设计值差别较大.文中对梁、柱承载力标准值与设计值进行了对比,并分析了地震作用水平不同时框架柱轴压比变化对"强柱弱梁"破坏机制的影响.     

变轴力下钢筋混凝土柱的抗震性能分析

准确预测地震作用下钢筋混凝土(RC)柱的受力特性,对评估混凝土结构的抗震性能具有重要意义。地震作用下,混凝土结构中的RC柱除承受水平荷载外,还由于地震作用引起的倾覆力矩影响承受变轴力作用。因此,往复荷载下RC柱受力及变形特性的研究应该考虑变轴力的影响。首先通过恒轴力和变轴力下RC柱滞回性能的模拟,验证了本研究基于纤维模型程序开发的数值分析模型的准确性。然后,利用该数值模型和分析程序,对一RC柱进行了不同变轴力模式下滞回性能的分析研究。分析结果表明,轴力的变化对RC柱的滞回性能有很大影响。由于非耦合型变轴力变化过程的随机性,为便于变轴力下RC柱的抗震性能分析和试验研究,提出了等代定轴力的概念及其确定方法。     

钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下的动态响应分析

钢筋混凝土柱在冲击爆炸荷载作用下的破坏可能会导致结构连续性倒塌。本文对爆炸荷载下钢筋混凝土柱的动力响应进行了数值模拟。在建立三维实体钢筋混凝土柱模型时,对混凝土材料采用了脆性损伤模型,分析了柱在不同折合距离时的侧向位移和失效情况,可以看出,侧向位移随着折合距离的增大而逐渐减小。当折合距离大于2.5时,爆炸冲击荷载对柱的影响很小。研究结果对钢筋混凝土柱的设计与防护具有一定的参考价值。     

爆炸作用下钢筋混凝土柱非线性动力响应及破坏模式影响因素分析

为研究RC柱在爆炸作用下动力响应及破坏模式,在文献［1］建立的爆炸作用下RC柱非线性响应的有限差分分析方法基础上,提出了RC柱在爆炸作用下弯曲、斜剪、直剪等破坏模式的判别准则,建立了RC柱在爆炸作用下破坏模式的分析方法,分析了爆炸作用（峰值、作用时间及其沿柱上分布形式）、截面抗力（受弯能力、受剪能力）、轴力、柱长等对RC柱破坏模式的影响特点及规律。研究表明：在爆炸作用下,RC柱会发生与RC梁一样的弯曲破坏、斜剪破坏、直剪破坏等3种典型破坏模式,但主要以斜剪破坏为主;爆炸作用时间越短,峰值越高,柱截面抗剪能力越弱,RC柱越易发生斜剪破坏,甚至直剪破坏;轴力越大,柱越长,RC柱越易发生弯曲破坏。     

Dynamic response and robustness of tall buildings under blast loading

Recently, extensive research has been focused on the progressive collapse analysis of the multi-storey buildings. However, most of the research is based on the alternative path method (APM) with sudden removal of the columns, ignoring the duration of the blast load working on the structures. In this paper, a 3-D numerical model with the direct simulation of blast load is proposed to study the real behavior of a 20 storey tall building under the blast loading. A typical package bomb charge of 15 kg was detonated on the 12th floor. The corresponding dynamic response of structure was studied in detail. The robustness of the building under blast load was assessed. Comparison between the proposed method and the APM was also made. It is found that, due to the uplift and downward pressure working on the slab, the column force under the direct blast simulation method is smaller than that of the alternative path method. The method to enhance the robustness of the buildings is also recommended.     

考虑动力损伤退化的钢筋混凝土柱恢复力模型

基于16根钢筋混凝土柱的静力和动力循环往复加载试验,研究了动力效应对柱抗震性能的影响。依据修正Park-Ang损伤指标建立的静力和动力损伤指标,能够兼顾考虑最大位移与循环加载次数对柱损伤退化指标的影响。分别建立静力和动力加载下性能退化参数与相应位移比、损伤指标之间的关系,并结合建构的动力退化函数,提出能够反映滞回曲线的负刚度段、循环退化效应以及捏缩效应的钢筋混凝土柱动力恢复力模型。与试验数据对比的结果表明,提出的宏观力学模型可以有效模拟静力和动力加载情况下钢筋混凝土柱的滞回特性,且动力恢复力模型相比于静力恢复力模型能够更好地刻画钢筋混凝土柱在地震应变率作用下的力学性能。文中建立的恢复力模型及方法可为钢筋混凝土结构的抗震分析提供理论参考。     

外壳预制核心现浇装配整体式钢筋混凝土柱的抗弯性能试验研究

制作了2根外壳预制核心现浇装配整体式钢筋混凝土柱(以下简称RC柱)和1根现浇对比RC柱试件,进行新型装配整体式RC柱的抗弯承载力试验研究,分析比较两类RC柱的破坏过程、破坏模式、荷载-位移特性、主筋应变发展特点及开裂荷载和极限承载力。研究表明:新型装配整体式RC柱与现浇RC柱具有相同的抗弯承载力特性;基于试验研究,进一步探讨新型。装配整体式RC柱极限承载力的计算理论,为该类RC柱的设计提供参考。     

爆炸荷载作用下钢框架结构连续倒塌分析

传统数值方法模拟建筑结构在爆炸荷载作用下的结构响应和连续倒塌时,具有计算模型复杂、计算量大的特点,实际应用价值不大。基于将爆炸荷载作用下结构响应分析分两步进行的数值模拟方法,利用非线性显式动力分析软件AUTODYN的Remap技术模拟爆炸波在空气中的传播过程,利用压强测点记录结构构件表面的爆炸压强时程曲线;建立结构精细化有限元模型,并将上一步记录的爆炸压强时程曲线施加于结构构件,利用LS-DYNA显式求解器分析结构在爆炸荷载作用下的动态响应和倒塌过程。将该方法应用于某钢框架结构在爆炸荷载作用下的动态响应和连续倒塌分析。结果表明：钢框架结构具有较好的抗爆性能,在发生1000kg TNT当量及以下规模的室外爆炸时,主体结构能够保证安全;在发生1500kgTNT当量及以上大规模爆炸时,发生次梁塌落等局部破坏,亦可能发生结构连续倒塌。     

圆钢管约束钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的圆钢管约束钢筋混凝土短柱和1个钢筋混凝土对比试件的拟静力试验研究,试验中的主要参数为轴压比(0.35,0.45和0.55)。试验结果表明：钢筋混凝土短柱的破坏模式为剪切破坏,延性和变形能力很差;圆钢管约束钢筋混凝土短柱的破坏模式为弯曲破坏,延性和变形能力优越。外包钢管对核心混凝土的约束作用限制了核心混凝土的受剪开裂,改变了钢筋混凝土短柱的破坏模式,显著提高了钢筋混凝土短柱的受剪承载力、延性、变形能力和耗能性能。随轴压比的提高,圆钢管约束钢筋混凝土短柱的水平承载力提高,延性系数降低,但轴压比对圆钢管约束钢筋混凝土短柱的极限变形能力无明显影响。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,钢管并未受剪屈服。根据试验结果建立了圆钢管约束钢筋混凝土短柱的荷载-位移恢复力模型,提出了设计建议,可为工程实践提供参考。图10表2参12     

柱端弯矩增大系数取值对RC框架结构抗震性能影响的评估

增大柱端抗弯承载力是抗震“能力设计”的关键措施之一,它可以导致钢筋混凝土框架结构形成梁铰型有利的耗能机构。评估不同柱端弯矩增大系数(0.8￣2.4)下钢筋混凝土框架结构的抗震性能。首先采用可靠度理论分析框架结构单节点“强柱弱梁”设计的失效概率;然后,考虑主要影响梁柱强弱的设计参数和地震加速度峰值的随机性,以3层和6层框架结构为分析对象,采用蒙特卡罗模拟分析结构楼层和整体形成“柱铰机构”的抗震位移需求超越位移能力的概率,分析结果表明柱端弯矩增大系数大于2.0,框架结构才能达到可以接受的形成“柱铰机构”概率;最后,以6层确定性框架结构为例,通过增量动力分析建立能有效评估柱端弯矩增大系数的易损性曲线。     

Die Auswirkung von duktilen Anschlüssen auf die Explosionsresistenz lasttragender Stützen

Effect of ductile connections on blast resistant load bearing columns. Load bearing columns exist in most constructions and are applied for instance as floor columns or as bridge piers. The study performed here addresses the question how the load‐bearing column behaves under blast load and which constructive measures result in an enhanced resistance against the blast pressure wave. Simple single‐cell steel cross section set‐up is changed stepwise by implementation of multi steel cells or by filling the hollow steel section with concrete. In doing so, the column is not generated as an isolated member, but installed in a flexible neighboring system, which allows taking the connection ductility into account. The response behavior of representative steel and composite column types is investigated, the section is searched for local overstresses and the failure mechanisms of the structural member are defined. The evolution of the cross section set‐up and the corresponding changes in the simulation results enable the formulation of decisive parameters which contribute to the enhancement of member blast resistance. The study pursues the specific local resistance design approach and aims at developing constructive protection technology in order to avoid the detected local damages. The column base appears to be the vulnerable section at the column rigidly or less flexible connected to the ground. The strategic use of ductile bearing condition is applied to reduce stress concentration by allowing deformation and energy dissipation, in order to safely transmit the high lateral forces into the fundaments. Structural solutions which represent an invisible protection measure are evaluated in regards to their effectiveness. The numerical analysis of this study is performed by using the MD Nastran software.     

钢筋混凝土分体柱框架边节点抗震性能的试验研究

通过 4根钢筋混凝土分体柱框架边节点在较高轴压比和低周反复水平荷载作用下的试验研究 ,分析了分体柱框架边节点的裂缝出现荷载、最大承载能力、破坏形态及其滞回特性等抗震性能 ;探讨了节点上下层柱全部或部分采用分体柱对框架边节点抗震性能的影响 ;研究了过渡区对分体柱框架边节点受力性能的影响 ;得出了分体柱框架边节点的设计建议     

Experimental study on seismic behavior of different seismic grade RC columns

通过9个剪跨比为4的钢筋混凝土（RC）柱试件的拟静力试验,研究不同抗震等级RC柱的抗震性能及水平力循环次数对其抗震性能的影响。结果表明：试件的破坏形态为压弯破坏,顶点水平力 位移滞回曲线比较饱满,极限位移角为1/48~1/32。抗震等级相同的RC柱,其抗震性能差别不大,但轴压比高的RC柱的极限位移角略小、破坏程度略为严重;配箍特征值相同时,抗震等级高的RC柱的弹塑性变形能力大于抗震等级低的RC柱。位移角为1/50时,水平力循环次数对试件的承载力退化、割线刚度退化及破坏程度影响不显著;位移角为1/30时,水平力循环次数增加,试件的承载力退化、割线刚度退化幅度增大,破坏加重。