爆破荷载作用下邻近深埋隧道衬砌动力响应数值模拟

为了研究深埋小净距隧道在爆破荷载下的动力响应以及保证隧道的安全和稳定,以三洞分离隧道爆破开挖工程为背景,通过ANSYS/LS-DYNA模拟分析深埋小净距隧道在爆破荷载作用下的衬砌动力响应。分析了隧道同一截面拱顶、拱腰、拱脚不同测点,不同断面的振速和位移。研究结果表明：衬砌内侧(与净空面接触)拱脚首先产生振动,爆破卸载后,衬砌外侧(与岩石接触)振动速度达到峰值。纵断面的振动速度差异较大,水平位移的影响大于垂向位移的影响。最大位移出现在拱顶,其次出现在迎爆侧拱腰处。断面拱脚处测点振动加速度最大,受到的爆轰也最大。     

钢筋混凝土隔离墙抗爆性能数值模拟研究

为了研究钢筋混凝土隔离墙在爆炸荷载作用下的动态响应和抗爆性能,采用LS-DYNA有限元软件建立9 m跨度隔离墙结构简化模型,模拟了不同药量和爆炸距离下隔离墙的动态响应。将模拟结果与经验超压公式计算结果和已有试验结果对比,验证了爆炸荷载和材料参数选取的合理性,分析了结构的破坏过程、冲击波作用规律、墙面荷载分布规律和结构变形情况。结果表明:建立的数值模拟可以较好地模拟爆炸冲击波与结构的相互作用;墙面冲击波压力衰减速率与药量和爆炸距离密切相关,墙面压力衰减幅度可达97.8%。在相同药量时,随着爆炸距离增加,墙体底部压力减小,顶部冲量增加;墙体结构由小变形转变为结构整体的较大变形;比例距离小于0.376■时,墙体底部容易发生剪切破坏。模拟结果可以为抗爆隔离墙的设计提供依据。     

用碳纤维加固钢筋混凝土梁的试验研究

通过四根损伤的钢筋混凝土矩形简支梁的抗剪试验,对用ＣＦＲＰ补强钢筋混凝土梁斜载面强度的力学性能进行了试验研究。通过研究,本文认为用ＣＦＲＰ补强钢筋混凝土梁斜载面强度效果良好。     

CFRP复合材料层合圆筒轴向压缩试验与数值模拟

制备了端部带有加强箍的三种不同高度的碳纤维增强复合材料(CFRP)厚壁圆筒和层合板试样；对圆筒试样进行了准静态轴向压缩性能实验和速度在7.67～12.01 m·s-1范围内的轴向冲击压缩试验,分别研究了长径比、冲击速率、端部加强等因素对轴向抗压强度、失效模式的影响规律；对CFRP层合板试样进行了不同应变率下的面内压缩试验.运用ANSYS/LS-DYNA软件对落锤加载下复合材料圆筒的响应过程进行了数值模拟.结果表明:采用端部加强方式不仅可以避免CFRP圆筒出现端部“开花式”渐进破坏的失效模式,而且能有效提高轴向抗压强度；层合板和圆筒试样的抗压强度均具有明显的正应变率效应；数值模拟结果与实验数据具有较好的一致性.     

CFRP复合材料层合圆筒轴向压缩试验与数值模拟

制备了端部带有加强箍的三种不同高度的碳纤维增强复合材料(CFRP)厚壁圆筒和层合板试样; 对圆筒试样进行了准静态轴向压缩性能实验和速度在7.67~12.01 m·s^-1范围内的轴向冲击压缩试验, 分别研究了长径比、 冲击速率、 端部加强等因素对轴向抗压强度、 失效模式的影响规律; 对CFRP层合板试样进行了不同应变率下的面内压缩试验。运用ANSYS/LS-DYNA软件对落锤加载下复合材料圆筒的响应过程进行了数值模拟。结果表明: 采用端部加强方式不仅可以避免CFRP圆筒出现端部"开花式"渐进破坏的失效模式, 而且能有效提高轴向抗压强度; 层合板和圆筒试样的抗压强度均具有明显的正应变率效应; 数值模拟结果与实验数据具有较好的一致性。     

泡沫铝夹芯梁抗爆性能的数值模拟分析

运用有限元软件LS-DYNA分析重量相同的2种材料梁在爆炸荷载作用下的动力响应,其中一种由304#不锈钢面板与泡沫铝芯材复合而成的夹芯梁,另一种由304#不锈钢单一材料制成的实体梁.对比了相同重量2种梁在跨中位移的变化情况,并将泡沫铝夹芯梁的计算结果与文献实验数据作了对比分析.结果显示,在冲量分别为1.83 kNs/m2、3.77 kNs/m2、6.08 kNs/m2及7.0 kNs/m2动荷载作用下,304#不锈钢实体梁的跨中位移分别是304#不锈钢面板泡沫铝夹芯梁跨中位移的1.1倍、1.35倍、1.26倍及1.14倍.由此可知,相同重量304#不锈钢面板泡沫铝夹芯梁较304#不锈钢实体梁具有更好抵抗爆炸荷载作用的能力.     

预应力CFRP布加固RC梁动力特性的试验研究

进行了预应力CFRP布加固完好RC梁的动力特性试验,结果表明:预应力加固梁的固有频率随着预张力的增加而增加。同时,考虑了相关的影响因素,从理论上推导了预张力与加固梁固有频率之间的定量关系,再利用一阶频率的试验值对公式进行拟合,得到频率影响系数。而后将二阶频率的试验值与理论值进行比较,发现理论值基本能反映频率随预张力的变化趋势,两者最大误差为0.173(在预张力为0kN时),试验值与理论值吻合较好。     

大型地下厂房开挖爆破振动动力响应数值模拟

针对向家坝水电站主厂房爆破施工诱发振动效应对围岩稳定及相关结构安全性影响,通过动力有限元数值模拟,研究地下厂房在开挖爆破振动荷载作用下动力响应。结果表明,顶拱拱脚处质点振速及拉应力最大,拱脚以上质点振速及最大拉应力迅速衰减;岩锚梁黏结面底部或顶部拉应力最大,与水平向质点振速相关性较好;高边墙质点振速与最大拉应力随高差增加而减小。综合分析数值计算结果与大量爆破振动实测数据,建议围岩及混凝土龄期大于28d的岩锚梁安全质点振速分别取15 cm/s及10 cm/s,且有一定安全储备。     

撞击荷载下钢筋混凝土柱动力响应的数值研究

为了研究撞击荷载下钢筋混凝土柱的动力响应,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土构件碰撞模拟分析的数值模型。对经典钢筋混凝土梁落锤试验进行数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟钢筋混凝土构件碰撞过程中的撞击力和变形发展。基于该模型该文研究了不同因素对刚体碰撞钢筋混凝土柱动力变形和撞击力的影响,包括撞击体速度、质量和形状,钢筋混凝土柱纵向配筋率、配箍率和混凝土轴心抗压强度以及材料应变率。分析表明钢筋混凝土柱在撞击作用下的破坏模式主要包括：局部损伤型、整体破坏型和局部破坏型。影响撞击力曲线变化的因素可分为三种：撞击体自身的因素,影响柱体刚度的因素和影响柱体材料强度的因素。各种因素对撞击力峰值、撞击力平台值和撞击持时分别具有不同的影响规律。这些规律将为建立建筑结构倒塌分析的简化撞击力模型提供参考。     

近爆作用下钢筋混凝土板动态破坏的数值模拟研究

当爆炸在结构构件表面发生时,产生的冲击波将会对结构构件造成损伤和破坏,而准确预测潜在的爆炸对结构构件造成的损伤是进行重要建筑物和防护结构抗爆设计的基础。为研究近爆作用下钢筋混凝土板的抗爆性能,采用AUTODYN软件建立了混凝土和钢筋的三维分离式实体模型,数值模型考虑了应变率对钢筋和混凝土材料动力本构特性的影响以及炸药-空气-结构之间的流固耦合相互作用,分析了不同炸药量作用下钢筋混凝土板的损伤机理和破坏特征,合理展现了钢筋混凝土板从混凝土开裂、碎片形成、部分钢筋屈服断裂到板局部震塌的动态演变过程。随着炸药量的增大,钢筋混凝土板的破坏模式逐渐由整体弯曲破坏转变为局部的冲切破坏     

碳纤维复合材料补强混凝土界面温度应力分析

碳纤维片材的热膨胀系数与混凝土的热膨胀系数相差很大,因而,在环境温差作用下,补强碳纤维片材和混凝土界面处将产生界面温度应力.正确地分析界面温度应力,揭示界面温度应力的变化规律,对补强结构设计和安全评价具有重要意义.建立了碳纤维片材补强混凝土梁的界面温度应力定量计算公式,并通过实验测试验证了定量分析理论的合理性.研究结果表明:界面温度应力分布及大小与补强复合材料的刚度和作用温差有较大关系,与基底混凝土的刚度关系不大.     

钢筋混凝土高烟囱定向爆破拆除倒塌过程研究

烟囱爆破拆除无论是拆除高度还是拆除难度都在日益增大。运用动力学原理建立了钢筋混凝土烟囱在爆破后余留支撑部的应力模型,分析了切口中性轴的变化规律和决定因素,提出用冲压系数 来考虑突加载荷的影响。进而采用共用节点分离式模型,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对钢筋混凝土烟囱倒塌过程进行了数值模拟研究。通过对混凝土和钢筋单元应力-时程曲线的分析,指出共用节点分离式模型能够较好地反映钢筋和混凝土两种材料的力学性能差异。     

Anchoring of shear strengthening for T-beams made of textile reinforced concrete (TRC)

Test results indicate that thin layers of concrete utilizing textile reinforcement can be used as shear strengthening for Reinforced Concrete (RC)-T-beams thereby increasing the shear capacity of these particular types of beams. Serviceability properties are also improved; in particular, the amount of deflection is reduced, as well as crack widths. This article provides a comprehensive discussion of the detail of force transfer from the textile reinforced strengthening layer to the existing concrete of RC-members, as well as the characteristics of the individual failure levels. In addition, the effects from adhesive tensile bond and shear bond are described in detail, and the interrelationship between the transferable bond force and the associated bond length is shown. The load carrying capacity of the bond represents a critical load for highly reinforced strengthening layers. Furthermore, this article shows how, in these particular cases, the effects of strengthening can be further increased by the application of additional mechanical anchoring in the pressure zone.

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Résumé Il est montré avec les résultats d’essai, que les minces couches avec une armature textile peuvent être utilisée pour un renforcement de force transversale des poutres en T en béton armé. La capacité portante de relevé peut être agrandie par un renforcement des poutres en T. Il se montre, que la qualité d’état de service peut être bonifiée. Ce sont surtout les flèches réduites et les larges de fissure plus petits. Le détail de la transmission de la force du renforcement armé textile au vieux béton est examiné pleinement. On évoque les particularités des différents modes de défaillance. Les effets d’adhérence de tension adhésif et de ciseaux sont décrits en détail, et le rapport entre la force d’adhérence transférable et la longueur d’ancrage adéquat est montré. Avec des couches haut-renforcées de renforcement la capacité portante d’adhérence représente une charge critique. On montre comment l’effet de renforcement en ces cas peut être encore augmenté par une ancrage mécanique additionnel dans la zone comprimée.

     

连续侧向冲击作用下钢筋混凝土管动力响应试验研究

为了揭示钢筋混凝土管在连续侧向冲击荷载作用下的破坏机理,完成了6个钢筋混凝土管的横向冲击测试,考虑了不同落锤高度、冲击次数以及简支、固支两种约束形式对钢筋混凝土管侧向冲击动力响应的影响。提出了冲击力和跨中变形的预测公式并采用试验数据进行了拟合,得到了不同冲击速度、冲击次数对管道冲击力峰值和跨中位移的变化规律。采用吸能系数来量化评价管道承受侧向撞击时的吸能能力。结果表明,固支约束管道变形破坏显著好于简支约束试件,承受多次侧向撞击后,吸能系数增大,抗冲击变形能力明显下降。     

U形CFRP条带混锚加固混凝土梁抗剪试验

为解决纯粘贴U形纤维增强聚合物基复合材料（FRP）加固钢筋混凝土梁中FRP端部容易发生剥离破坏等问题,自主研发了对纤维布条带端部进行自锁锚固的方法和锚板,提出了端锚与粘贴并用的混锚U形条带抗剪加固方法。通过2根未加固梁、1根纯粘贴和2根混锚U形碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）带抗剪加固梁的对比试验,证实了混锚抗剪加固的有效性：混锚能够对纤维带端部进行可靠锚固,阻止端部剥离破坏的发生,实现纤维拉断破坏,大幅度提高材料强度利用率。混锚加固在抑制混凝土梁斜裂缝开展、延缓箍筋屈服、提高箍筋和CFRP的极限应变以及提高抗剪承载力等多个方面的表现均明显优于纯粘贴加固。     

CFRP复合材料加固钢筋混凝土柱偏心受压性能尺寸效应的试验

碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料是一种具有轻质、高强和抗腐蚀等优点的新型高性能材料,为了研究尺寸效应对CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱偏心受压性能的影响,本文进行了相关的试验研究。试验共制作了15根尺寸成比例的钢筋混凝土柱试件,试验考虑了构件尺寸、偏心距和CFRP复合材料布加固层数三种因素的影响。试验结果表明:CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱的破坏形态、相对挠度、CFRP复合材料布峰值应变、钢筋峰值应变都存在明显的尺寸效应; CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱的极限荷载随偏心距的增大而减少,尺寸越大,减小趋势越平缓;在相同偏心距下,随着CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱试件截面尺寸的增加,安全储备系数逐渐减小。      

爆炸荷载下泡沫混凝土减振层动力响应分析

为研究爆炸荷载下泡沫混凝土减振层厚度对岩体拱结构的减振性能影响,基于ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件,建立炸药-空气-结构流固耦合模型,在岩体与衬砌间设置0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 m不同厚度泡沫混凝土减振层。应用流固耦合算法对比分析了衬砌外层拱顶、拱肩和拱脚单元最大有效应力、峰值压力及峰值位移。拱顶上方单元压力与TMB5-855-1公式吻合良好,验证了模型有效性。数值模拟结果表明:设置减振层后拱顶、拱肩和拱脚最大有效应力变小,拱脚减少超过80%;随减振层厚度增加,拱顶、拱肩和拱脚峰值压力减小,峰值位移增加,当厚度超过0.6 m,减振抗爆效果不明显,峰值位移趋于稳定;拱顶作为响应强烈部位,应采取加固措施;综合考虑经济因素,建议设置0.6 m厚减振层。     

水下爆炸冲击下码头结构动力响应的数值模拟

为探究水下爆炸冲击对码头结构的结构损伤,开展爆炸荷载下高桩码头结构的数值模拟分析。基于ALE多物质流固耦合法,建立了码头结构的水下爆炸Lagrange-Euler全耦合模型,基于Cole经验公式,验证了模拟的可靠性,研究了起爆距离、起爆深度以及TNT当量对码头结构动力响应特性的影响规律。结果表明,在水下爆炸冲击荷载作用下,所有桩柱产生不同程度损伤,码头端部的第一根桩柱底部基岩区域以及与横梁相连的基岩区域塑形损伤破坏较为严重;当TNT炸药的起爆距离较小时,桩柱上的反射波要强于水底面的反射波,并会与之相抵消,作用在桩柱上的反射稀疏波会随之削弱;在其他条件相同的情况下,当起爆点到自由水面的距离与起爆点至基础底面距离之差的绝对值越大时,爆炸荷载作用于码头结构上的压力峰值会显著增大。     

钢筋混凝土梁冲击试验数值模拟研究

摘要: 采用弹塑性损伤帽盖模型对筋混凝土梁冲击试验进行了数值模拟,数值模拟得到的碰撞力、梁体跨中挠度以及梁体破坏状况与实验情况吻合较好。在此基础上讨论了混凝土材料应变软化段、描述塑性体积的帽盖面、强度准则子午线形状、偏平面形状以及钢筋混凝土结构建模方式对冲击数值模拟的影响。