RC柱侧向冲击破坏模式的数值模拟研究

采用非线性有限元方法对有轴压力RC柱的动态响应过程进行了数值仿真,分析了RC柱的破坏模式及其转换机理,研究了轴压力的影响。结果表明:有轴压力RC柱剪切破坏过程可分为斜裂缝形成、箍筋屈服和完全破坏三个阶段,其变形模式先后为撞击点局部弯曲、整体弯曲和柱子根部局部剪切变形;静力条件下弯曲破坏RC柱在冲击作用下可能发生剪切破坏,其重要原因是纵筋应变率大于箍筋应变率;随着轴压比的增大,发生剪切破坏的RC柱趋向于发生由混凝土抗压强度控制的弯曲破坏。     

冲击荷载作用下装配式钢筋混凝土梁力学性能研究

为了研究装配式钢筋混凝土梁（简称PC梁）的抗冲击力学性能,通过对5根PC梁和1根作为对比的现浇钢筋混凝土梁（简称RC梁）进行落锤冲击试验,研究了不同拼装位置和套筒灌浆料饱满度对PC梁的抗冲击性能影响。详细地分析了各个试件的破坏形态、冲击力、支座反力、跨中位移、整体变形耗能能力等性能。结果表明:1）冲击作用位置,拼装位置以及冲击荷载强度共同影响构件的破坏形态。随着冲击位置远离于构件拼装位置,PC梁破坏形态、接触刚度、整体抗冲击刚度等力学性能均接近于RC梁的力学性能,其抗冲击性能的设计可以参考RC梁进行设计;2）相同强度的冲击荷载作用下,预制试件拼装位置与冲击位置相同时,PC梁破坏形态表现为拼装处严重的局部破坏,刚度退化较大,整体变形耗能不如其他拼装位置的梁以及RC梁,考虑此工况的构件需采取合理的措施,提高其抗冲击能力;3）套筒灌浆饱满度对梁的抗冲击性能有影响较大,其决定PC梁的破坏形态以及刚度;4）拼装位置处交接面的边界条件是影响PC梁抗冲击性能数值分析是否准确的关键因素。     

RC梁构件基于能量的抗震设计方法研究

为研究RC梁构件基于能量的抗震设计方法,需建立一个合理的损伤指数来量化损伤。课题组前期建立了RC梁构件耗能能力与位移幅值、累积耗能和设计参数的量值关系,并提出了RC梁构件基于耗能能力的损伤指数和性能指标限值。该文在既有研究基础上提出RC梁构件基于耗能能力损伤指数的抗震设计方法。研究表明：该抗震设计方法与结构设计参数和地震参数建立了量值联系,从而便于指导结构设计;配箍率的增加可以降低RC梁构件的损伤,减损效果先急后缓;持时的增加可加剧RC梁构件损伤的发展,增加效果先快后慢;配筋率的增加可以从整体上降低RC梁构件的损伤;该抗震设计方法可以弥补现行建筑抗震设计规范中未能考虑持时效应的不足。     

累计冲击荷载作用下GFRP-混凝土组合梁动态响应分析

为探究玻璃纤维复合材料(glass fiber reinforce plastic, GFRP)-混凝土组合梁在多次落石冲击荷载下的动态响应,采用摇臂式落锤试验机,对1根纯GFRP梁及4根GFRP-混凝土组合梁进行累计冲击试验,得到了不同工况下试验梁位移、冲击力、应变时程曲线及裂缝开展状态,并分阶段讨论了梁体损伤演化过程。试验结果表明：纯GFRP梁具有优异的抗冲击性能,但冲击荷载作用下变形过大;组合梁的破坏特征均为混凝土主裂缝贯通,GFRP-混凝土界面发生剥离,良好的界面黏结性能是确保GFRP-混凝土组合梁抗冲击性能提升的关键;竖向冲击荷载下,混凝土厚度的增大,可明显减小同一冲击高度下梁体跨中的变形响应;试验梁抵抗侧向冲击的能力优于其抵抗竖向冲击的能力。采用显示动力分析软件LS-DYNA建立了GFRP-混凝土组合梁累计冲击模型,并基于该模型分析了冲击锤质量、冲击速度及截面高度比等参数对GFRP混凝土组合梁动态响应的影响规律。     

钢筋混凝土梁抗冲击性能和设计方法研究

为研究钢筋混凝土梁在冲击荷载作用下的性能,进行了4根钢筋混凝土梁的落锤冲击试验,试验变量为冲击质量和冲击速度。试验中量测了冲击力、支反力和跨中位移,并用高速摄像机记录了冲击过程中的裂缝发展。试验梁呈现了两种不同的梁锤接触区域破坏模式。随冲击速度提高和冲击质量减小,落锤动能转化为梁整体变形耗能的比例减小,更多能量消耗在梁锤接触区域的局部破坏上。通过对本次试验和前人试验结果的统计分析,提出了估算冲击荷载作用下梁体最大挠度的经验公式。公式中考虑了冲击体质量的影响,其准确度较先前研究者提出的经验公式有所提高。     

落锤冲击作用下钢筋混凝土短梁响应及破坏试验研究

钢筋混凝土短梁是建构筑物的关键承力构件，为研究其在冲击荷载作用下的动力响应及破坏机制，结合应变式传感器、高速摄影、数字图像技术(DIC)等测量手段，开展了不同冲击体质量、冲击速度和冲击能量下的落锤冲击试验。结果表明：(1)冲击荷载作用下钢筋混凝土短梁破坏形式表现为拱形震坍裂缝和整体弯曲变形，与浅梁破坏形式有明显差异；(2)钢筋混凝土短梁跨中轴向应变由拉应变转为压应变，随着冲击能量增加(18 061 J≤E≤49 831 J),跨中轴向峰值拉应变、残余压应变均先增大后减小，钢筋混凝土短梁依次处于弹塑性挠曲变形、冲剪破坏模式阶段；(3)冲击荷载作用下钢筋混凝土短梁的裂缝萌生和扩展过程并不是单向的，裂缝多次多向扩展形成裂缝带，进而形成塑性铰，导致短梁整体破坏；(4)梁体变形程度主要取决于冲击速度而非冲击能量，具体表现相同冲击能量(30 000 J)下，随着冲击速度增加(5.53 m/s≤v≤7.13 m/s),梁体跨中峰值挠度和残余挠度相应增大(26.81 mm≤w_p≤29.85 mm; 17.12 mm≤w_r≤21.66 mm)。研究成果可为钢筋...     

钢筋混凝土梁冲击后剩余承载力及承载机制研究

冲击后剩余承载性能是评估结构抗冲击性能的重要指标。为研究钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)梁冲击后剩余承载力及损伤后承载机制，对12片简支RC梁进行了落锤冲击以及冲击后静力加载试验，基于显式动力有限元分析方法对冲击及其冲击后静载全过程进行了仿真模拟，探讨了冲击能量和构件参数(拉筋率、压筋率、箍筋率和混凝土强度)对RC梁冲击后剩余承载性能的影响，基于试验和数值模拟数据得到了损伤后RC梁剩余承载力的预测公式，分析了影响冲击损伤RC梁剩余承载力的本质原因。研究结果表明：RC梁冲击接触局部区域混凝土破损，跨中区域产生较为严重的垂直裂缝和斜裂缝；随着冲击能量的增大，梁的冲击损伤更为严重。不同冲击参数下RC梁的承载力发生不同程度的下降，受压钢筋和箍筋配筋率的增加降低了承载力退化程度，而增加受拉钢筋配筋率虽然可以提高RC梁原始承载力，但其冲击后承载力下降比例也越大，混凝土强度对于受冲击损伤的RC梁剩余性能没有显著的影响。冲击后RC梁承载力下降与否与其在极限状态的破坏控制模式相关。     

应力波效应对爆炸作用下RC桥损伤特性的影响

为了研究RC桥梁抗爆性能,分析了应力波传播的基本原理,采用AUTODYN软件建立了有限元计算模型,验证了计算方法的有效性,对空中爆炸作用下方形空心RC桥动态响应进行数值仿真,分析了方形截面RC桥应力波的传递路径和不同位置的损伤特点.得到以下结论:爆炸作用下RC桥损伤特性受应力波效应影响明显,且主要为自由面反射引起的拉应力;梁体上缘下表面损伤最为严重,须重点防护;梁体两缘上部形成“耳状”损伤;梁体下缘上表面中部出现明显损伤.     

铝合金梁受低速撞击动态响应的试验研究EI北大核心CSCD

梁受横向撞击时,其撞击力、局部变形和整体变形等动态响应受到撞击体质量、撞击速度、撞击位置以及梁刚度特性等因素的影响,研究这些参数对动力响应以及对撞击局部效应和整体效应的影响规律,是合理提出抗撞击防护手段的基础。该文利用低速落锤冲击试验装置进行了铝合金梁横向撞击试验,着重研究不同撞击速度、撞击位置和试件刚度等因素对铝合金梁所受撞击力、整体与局部变形、应变与能量等的影响规律。实验结果表明:随着撞击速度的增加,试件吸收能量的速率增大,撞击力幅值不断增加,撞击荷载主峰值段的持续时间减小;试件的整体变形和局部变形都明显增大,但局部效应相对增加更为显著;随着试件刚度(厚度)的增加,试件受相同速度撞击的吸收能量速率增大,撞击力荷载峰值显著增加;试件整体变形减小,而局部变形增加,说明试件刚度越大,其撞击整体效应减弱,而局部效应增强;试件受撞击后整体变形与撞击力相比明显具有滞后性,表明整体效应滞后于局部效应。     

铝合金梁受低速撞击动态响应的试验研究

梁受横向撞击时,其撞击力、局部变形和整体变形等动态响应受到撞击体质量、撞击速度、撞击位置以及梁刚度特性等因素的影响,研究这些参数对动力响应以及对撞击局部效应和整体效应的影响规律,是合理提出抗撞击防护手段的基础。该文利用低速落锤冲击试验装置进行了铝合金梁横向撞击试验,着重研究不同撞击速度、撞击位置和试件刚度等因素对铝合金梁所受撞击力、整体与局部变形、应变与能量等的影响规律。实验结果表明:随着撞击速度的增加,试件吸收能量的速率增大,撞击力幅值不断增加,撞击荷载主峰值段的持续时间减小;试件的整体变形和局部变形都明显增大,但局部效应相对增加更为显著;随着试件刚度（厚度）的增加,试件受相同速度撞击的吸收能量速率增大,撞击力荷载峰值显著增加;试件整体变形减小,而局部变形增加,说明试件刚度越大,其撞击整体效应减弱,而局部效应增强;试件受撞击后整体变形与撞击力相比明显具有滞后性,表明整体效应滞后于局部效应。     

外粘AFRP布加固RC梁耐冲击性能试验研究

设计了8根钢筋混凝土试验梁,其中2根未加固,6根在梁体受拉面采用不同类型的AFRP布进行外粘加固。然后采用重锤冲击加载试验,重点研究每种试验梁在不同冲击高度下的耐冲击性能。试验结果表明,经过外粘AFRP布加固后,混凝土梁体的挠度变形及塑性变形得到有效抑制,同时这种加固措施还可以延缓梁体裂纹开裂,减轻重锤冲击加载对梁体造成的冲击损伤。另外,AFRP布类型、冲击高度在一定程度上决定着梁体的损伤形态。由此表明,外粘AFRP布加固法能有效提高混凝土梁的耐冲击性,且AFRP布类型与梁体的耐冲击性能直接相关。     

Experimental study on scaling of RC beams under close-in blast loading

Damage effects analysis and assessment of buildings under blast loading is an important problem concerned by the area of explosion accident analysis, blast-resistant design, anti-terrorist and military weapon design.The damage character of RC beam under close-in blast loading is investigated through experiments. The damage modes and damage levels of RC beams are studied under different blast loads. The results show that the spallation area increases with the decrease of the scaled distance. The concrete beams are prone to be damaged in flexure mode with concrete crushed on the front face, concrete spallation on the back surface and concrete flake off on the side surface. The scaling of the dynamic response of reinforced concrete beams subjected to close-in blast loadings is also studied. The test results showed a similar macrostructure damage and fracture in all experiment conditions. But the local damage degree of RC beams with smaller size has been reduced a little as compared with that of beams with larger size. Based on the results, empirical equations of the center deflection to height ratio are proposed to correct scaling model considering size effects.     

冲击作用下钢筋混凝土深梁动力性能试验研究

为了探讨在冲击荷载作用下钢筋混凝土深梁的动力性能,利用大型落锤试验机对两组具有不同静载破坏特性的简支钢筋混凝土深梁进行了不同冲击速度下的动力性能试验研究,并考虑了二次冲击的影响。通过对高速摄像机所记录的各试件在冲击过程中裂缝的发生、发展直至试件破坏的全过程进行分析和不同荷载下裂缝形态差异的对比分析,表明不同的冲击速度下试件裂缝的发生、发展过程及裂缝形态表现出明显的差异,二次冲击下的主要裂缝基本遵循一次冲击产生的裂缝路径发展。详细分析了冲击力和跨中位移时程曲线以及冲击力-跨中位移曲线的特征,发现冲击力峰值与冲击速度、最大跨中位移和跨中残余位移与冲击速度在不发生严重剪切破坏时均满足近似线性关系。分析还表明,具有较好延性的深梁具有更好的抗冲击性能。最后,通过对比分析冲击力、支座反力和惯性力时程曲线,得出采用冲击力峰值和支座反力峰值作为深梁的抗冲击承载力均不准确的结论。     

Failure behaviors of reinforced concrete beams subjected to high impact loading

To attain a better understanding of the failure behavior of reinforced concrete (RC) beams under impact load, series of high speed impact experiments were performed using an instrumented drop-weight impact machine. The test program was successful in providing a substantial volume of test data including impact loads, mid-span deflections, crack profiles and strains. These data was analyzed, focusing on the impact load characteristics and the impact behaviors of RC beams. Various characteristic values and their relationships were investigated such as the drop height, the static flexural load-carrying capacity, the input impact energy and the beam response values. Two empirical formulas were proposed to estimate the maximum and residual deflection of the beam based on the static flexural load-carrying capacity and the input impact energy. The applicability of the proposed equations was confirmed by comparison with the experimental results obtained by other researchers.     

不同加载制度下RC框架梁抗震性能试验研究

为了研究不同加载制度下RC框架梁的抗震性能,分别采用4种加载制度对RC框架梁试件进行拟静力试验。结果表明:峰值位移（峰值荷载对应的位移）出现的越早,RC框架梁破坏时剪切变形成分越大,试件的最大裂缝宽度越大,塑性铰转角和延性系数越小,但塑性铰高度基本不变;随着循环位移幅值和循环次数的不同,框架梁的刚度、强度退化也有差异,表现为:在滞回曲线软化段,经历较大位移幅值循环（或较多次循环）后的RC框架梁比经历较小位移幅值循环（或较少次循环）后的RC框架梁刚度和强度退化快;同时,不同加载制度下RC框架梁的耗能能力存在差异,峰值位移出现早的框架梁其耗能能力较差。     

装配式梁柱转动摩擦耗能节点抗震性能试验研究

为了减轻传统钢框架的梁柱节点在强震作用下的损伤与破坏,提出了一种装配式梁柱转动摩擦耗能节点,阐述了该节点的构造形式与工作机理,对其进行了低周反复加载试验,系统研究了该节点的抗震性能,建立了其恢复力模型,并与试验结果进行了对比分析.研究结果表明,装配式梁柱转动摩擦耗能节点利用连接钢板与黄铜板之间的转动摩擦耗能,其滞回曲线...     

火灾作用后钢管混凝土构件侧向撞击性能研究

建立火灾作用后钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)构件的侧向撞击数值模型以分析构件的抗撞击性能,并对模型的准确性进行了验证.分别对比了不同受火时间后构件的跨中挠度、撞击力和截面弯矩时程曲线,分析了受火后构件的弯矩和剪力分布形态.通过吸能系数和火灾后动态弯矩提高系数对受火后构件的抗...     

近海大气环境下锈蚀RC框架梁恢复力模型研究

为了研究近海大气环境下锈蚀RC框架梁的抗震性能,对8榀经受不同盐雾腐蚀循环作用的RC框架梁进行了低周反复加载试验,分析RC框架梁的滞回特性。基于试验结果,得到了带有负刚度段的三折线骨架曲线,并根据完好构件恢复力模型特征参数,得到了考虑钢筋锈蚀率和配箍率的锈蚀RC框架梁骨架曲线特征点计算公式。采用回归分析法,得到基于滞回耗能的循环退化指数,通过循环退化指数建立可综合考虑构件的捏拢效应、强度退化、卸载刚度退化、硬化刚度退化和再加载刚度加速退化的锈蚀RC框架梁恢复力模型。研究表明:随着钢筋锈蚀程度的增加,锈蚀RC框架梁的抗震性能劣化较明显,滞回耗能逐渐降低;配箍率对锈蚀RC框架梁恢复力特性的影响与未锈蚀RC框架梁相似;所建立的恢复力模型能够较好的描述锈蚀RC框架梁的滞回特性,可为该类结构的弹塑性时程分析提供理论参考。     

角柱失效下钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌能力研究

为研究角柱失效工况下钢管混凝土组合框架的抗连续倒塌性能,该文设计了1/4缩尺比例的两层两跨钢管混凝土柱-组合梁平面框架试件,对拆除角柱构件的剩余结构进行单调静力加载,获得该类结构的荷载-位移关系曲线、整体/局部破坏模式以及构件关键部位的应变曲线;在此基础上,采用能量等效原理分析该类结构的倒塌等效动力效应,并对该类结构的抗倒塌能力进行简要评估。研究结果表明:角柱失效工况下,钢管混凝土柱-组合梁框架受力过程主要经历了四个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、内力重分布阶段和破坏阶段;试件整体破坏主要集中于失效跨,破坏特征主要以钢梁断裂和扭曲变形为主,且二层钢梁先于一层钢梁发生破坏;压型钢板组合板受力过程中与钢梁发生局部分离,部分栓钉拔断;失效跨二层钢梁翼缘开裂时,框架内力通过相邻柱向一层钢梁传递。基于试验结果和能量平衡原理的结构动力响应简化评估方法,发现角柱失效工况下该类结构仍具有15.3%的抗连续倒塌剩余能力。