车辆撞击作用下RC桥墩动力响应

采用LS-DYNA建立了钢筋混凝土(RC)桥墩水平撞击有限元模型,简要介绍了有限元建模技术及相关参数的取值,并通过与水平撞击试验结果进行对比,验证了目前较为常用的2种混凝土本构模型和钢筋本构模型的有效性,进而验证了有限元结果的有效性,并进一步研究了桥墩在等代车辆撞击作用下的破坏机理,分析了与桥墩动力响应和损伤程度有关的影响参数。结果表明:对于水平撞击试验而言,采用MAT_SCHWER_MURRAY_CAP_MODEL(145^#)混凝土和MAT_PLASTIC_KINEMATIC(3^#)钢筋材料模型构建的有限元模型能够更加准确地反映RC桥墩在等效车辆撞击作用下的动力特性、剪切破坏模式和损伤分布; 在等代车辆撞击作用下,混凝土的损伤累积主要集中于墩底剪切带处,而桥墩其他部位的混凝土未出现明显损伤累积; 参数分析结果表明,增大撞击质量能够显著增大撞击荷载峰值、桥墩变形和损伤程度; 提高撞击位置会使桥墩破坏模式由局部剪切破坏转变为整体弯曲(或弯剪)破坏; 在相同撞击冲量下,撞击荷载峰值、桥墩变形和耗能会随撞击速度增加而增大。     

冲击作用下型钢混凝土柱动力响应分析

为研究型钢混凝土柱在冲击作用下的动力响应,基于有限元软件LS-DYNA建立了型钢混凝土柱的数值模型,对型钢混凝土柱的损伤演化过程进行研究,针对冲击位置的时程曲线分析其动力响应,并通过参数分析研究了柱身动力响应对不同参数的敏感性。研究结果表明,在冲击作用下型钢混凝土柱的破坏模式为局部剪切型;混凝土的塑性破坏主要发生在冲击位置斜向下45°至柱底;由于冲击体在撞击过程中发生回弹,型钢混凝土柱在整个撞击过程可分为受迫振动阶段和自由振动阶段。     

冲击荷载作用下钢筋混凝土梁力学特性数值研究

为研究RC梁在冲击荷载作用下的力学特性,以混凝土强度、纵筋与箍筋配筋率、冲击体的冲击速度以及RC梁的跨度为主要参数对RC梁在冲击作用下的力学性能进行了数值分析,通过与已有试验结果对数值模型进行标定,获取了冲击力时程曲线、位移时程曲线以及破坏形态,验证了数值结果的正确性。分析结果表明,混凝土强度主要影响RC梁的破坏形态;纵筋配筋率对RC梁跨中位移影响较大;冲击体速度会同时对RC梁的破坏区域和跨中位移产生影响;RC梁跨度不仅会改变梁跨中位移也会改变梁的振动频率与反弹速度。     

水平冲击荷载作用下钢管混凝土柱动力响应试验与数值模拟

为研究钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的动力性能,进行了2根圆形钢管混凝土柱的水平冲击试验,实测了冲击过程中冲击力、冲击点位移时程曲线及冲击力-位移曲线等冲击响应。建立了ABAQUS非线性有限元模型,对破坏模态及冲击力、冲击点位移时程曲线等动态响应进行模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,进而用有限元模拟结果揭示了钢管混凝土柱在冲击荷载下的破坏机理,即整体失效过程分为冲击区局部响应、柱顶支座响应、稳定响应和卸载响应4个阶段。结果表明:在冲击荷载作用下,钢管混凝土柱发生弯剪型破坏;所得结论为深入认识钢管混凝土柱的抗冲击行为和破坏形态提供了试验与理论基础,可为今后研究制定合理的抗冲击设计方法提供依据。     

预应力高强混凝土管桩抗侧向冲击性能研究

为研究水平荷载作用下预应力高强混凝土管桩的动力响应和破坏模式,采用超高落锤冲击试验装置对4根预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)进行冲击试验并使用ABAQUS进行数值模拟,测得不同冲击高度下落锤的冲击速度、冲击力时程曲线及试件冲击区侧面处位移时程曲线,并获取试件的破坏形态。结果表明：该模型能较好地模拟PHC管桩动力响应及破坏形态。基于该模型的可靠性,在PHC管桩内填充C30混凝土并配置钢筋进行冲击模拟。研究表明：PHC管桩在低速冲击作用下具有较好的弹性恢复能力;当PHC管桩局部受到2次大于15km/h的冲击荷载时,将在冲击区发生局部冲切破坏;当PHC管桩受到2次累计冲击荷载时,第2次撞击较首次抗冲击性能减弱;灌芯后的PHC管桩抗冲击性能较PHC管桩增强。     

车辆撞击下桥墩动力响应与撞击荷载研究

为研究城市桥墩抗撞性能,采用LS-DYNA有限元软件建立精细化车辆-桥墩碰撞模型,分析桥墩动力响应与撞击荷载。该模型考虑了应变率效应对钢筋与混凝土非线性材料力学性能的影响。基于40个车-桥碰撞工况,研究了撞击速度、撞击质量对撞击荷载和桥墩变形的影响,分析了撞击能量和桥墩破坏模式之间的关系。根据40个撞击荷载样本,提出撞击荷载经验公式与半正弦荷载时程曲线,用来计算撞击荷载峰值与反应时撞击荷载时程。将撞击荷载峰值分别与3种等效静力荷载和《公路桥涵设计通用规范》荷载限值进行对比。结果表明:规范中撞击荷载限值偏于不保守;采用等效静力荷载作为撞击荷载对城市桥墩进行抗撞评估偏于不安全。     

连续增幅冲击下混凝土板动态效应分析

为了研究连续增幅冲击下混凝土板的动态效应,采用LS-DYNA显式动力分析程序对素混凝土板进行了3次连续增幅冲击数值模拟试验,分析了混凝土板的破坏模式、系统能量时程曲线和挠度时程曲线。结果表明：在连续增幅冲击下,混凝土板的损伤面积逐次增大,斜裂缝的深度和宽度随之扩大,冲击响应变得更加复杂,破坏模式也变得更加难以预测;随着冲击次数的增加,混凝土板不断吸收能量,但在严重损伤后,其吸能能力会减弱;在连续增幅冲击下,混凝土板表现出明显的弹性和塑性行为。     

冲击作用下预加荷载钢筋混凝土板动力响应及破坏模式研究

利用有限元分析软件ABAQUS建立预加荷载钢筋混凝土板的模型,对预加荷载钢筋混凝土板在冲击作用下的动力响应和破坏模式进行研究.模型考虑了应变率效应的影响,混凝土采用塑性损伤模型,钢筋采用Cowper-Symonds模型.为了验证有限元模拟的准确性,对已有试验进行有限元模拟,有限元结果与试验数据吻合良好,说明有限元模型的有效性.建立不同参数组合模型,分析冲击质量、冲击速度、预加荷载、配筋率参数对钢筋混凝土板动力响应和破坏模式的影响.结果表明:冲击质量和冲击速度是影响板动力响应的主要因素,冲击质量相同时,板中心挠度与冲击速度呈平方增长关系;在冲击过程中,板的损伤破坏主要集中在冲击块与板接触的区域.根据板的变形和应力损伤划分三种冲击响应模式,基于最大位移准则给出了三种响应模式对应板中心挠度与计算跨度比值范围.     

钢管混凝土梁在侧向冲击荷载作用下动力响应的试验研究和数值模拟

钢管混凝土构件和其他材料的结构构件一样,在役期间不可避免地要受到意外撞击,为了了解其破坏过程进而为结构设计提供理论依据,对套箍系数分别为1、1.15和1.9的两端简支钢管混凝土梁在不同侧向冲击能作用下的动力响应进行试验研究和仿真分析。动载试验在DHR-9401落锤式冲击实验机上进行,试验过程中通过力传感器和应变片记录冲击力时程曲线和试件特定位置的应变时程曲线,试验结束后测量试件整个跨度范围内的侧向位移,获得试件残余变形模态。利用ANSYS/LS-DYNA软件,采用PLASTIC-KINEMATIC和SOIL-CONCRETE材料模型分别模拟钢管和其核心混凝土材料,对试验过程进行数值模拟,得到的跨中挠度和冲击力时程曲线与试验结果非常一致,进而对试件的应变变化情况进行深入的研究,给出钢管混凝土试件的临界破坏状态。研究结果表明,套箍系数是影响构件临界破坏能量的一个最重要的因素,临界破坏能是套箍系数的二次函数。     

基于易损性曲线的RC桥墩地震损伤评估

为评估地震作用下钢筋混凝土(RC)桥墩的损伤程度,基于墩顶水平位移的损伤指标,提出了一种新的基于易损性曲线的地震损伤评估方法.建立非线性有限元分析模型,利用IDA增量动力分析得到损伤指标与PGA之间的对数线性关系,并由此获得了不同地震动强度下RC桥墩的易损性曲线.研究表明:本文所提出的地震损伤评估方法计算简单,能够有效地评估RC桥墩在不同地震动强度下的破坏状态,为震后RC桥墩的安全评估与加固提供了理论依据.     

低速冲击下RC梁的冲切破坏判据

已有诸多低速冲击试验表明按照现有规范静态受弯破坏设计的RC构件，在冲击作用下会向冲切破坏模式转变。为了明确低速冲击下典型RC梁的破坏模式转变机理及其冲切破坏判据，对6组RC梁落锤冲击试验中构件的弯曲和冲切破坏模式、冲击力、支座反力和跨中位移时程进行数值模拟复现，验证了采用的材料本构模型及参数和数值模拟方法的可靠性。采用已验证的数值模拟方法开展RC梁的冲切破坏机理分析，评估了落锤质量、截面尺寸、冲击速度、混凝土强度、配箍率、纵筋配筋率和剪跨比对冲切破坏模式的影响程度，发现除纵筋配筋率和剪跨比外，其余参数均能改变RC梁的局部速度响应或动态受剪承载力，进而显著影响RC梁的破坏模式。进一步，根据330个落锤冲击工况的数值模拟结果，提出了关键截面的动态剪切荷载V_{d, sd}和动态受剪承载力V_{d, sc}的经验公式，并给出了RC梁冲切破坏判据的显式表达式。通过与71组落锤冲击试验对比，得到该判据对RC梁冲切破坏预测准确率达到90%,可辅助于RC结构的抗冲击性能评估与设计。     

混凝土界面过渡区三维分形冲击模型HJC强度参数仿真

为了研究HJC等效应力本构关系中各参数在混凝土数值模拟中的敏感性，基于水泥水化分形特征，将混凝土界面过渡区看作球壳形薄体，以计算机时间为“随机种子”，运用FORTRAN语言编写球形骨料随机投放程序，通过建立30μm厚界面相的混凝土三维三相有限元模型，研究冲击体、承载体以及砂浆、界面相和骨料的交互动力响应。以10 m/s的冲击速度进行ANSYS/LS-DYNA动力学有限元仿真，得到混凝土随时间变化的破坏模式和应力时程曲线。结果表明：在冲击荷载作用下，混凝土三维三相细观模型裂纹从冲击面延展至承载面，界面相处先破坏，砂浆少量破坏，骨料基本无破坏；承载面平均压应力时程曲线呈“双峰”特征；HJC等效应力本构关系中各参数的敏感性排序：压力硬化系数>凝聚强度>压力硬化指数。     

水平冲击荷载作用下钢筋混凝土柱外在因素位移响应分析

钢筋混凝土柱是结构中重要的受力构件,因此有必要研究RC柱在冲击荷载作用下的位移响应。为在水平冲击荷载作用下正确认识RC柱的性能和表现,同时为RC柱抗冲击设计的改进提供参考。使用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立RC柱模型,并分析探讨了四种外在因素(冲击作用位置、冲击接触面积、冲击质量、冲击速度)对水平冲击荷载作用下RC柱的位移响应的影响,结果表明,受到水平冲击荷载作用时RC柱的位移响应会随着冲击速度和冲击质量的降低而减少,而冲击面积则对其作用效果不明显。     

连续冲击下钢筋混凝土板的动态响应分析

为了研究连续增幅冲击下钢筋混凝土板的动态效应,采用LS-DYNA显示动力算法对板件进行了3次连续冲击荷载下的数值模拟试验,分析了3次冲击的破坏模式,并提取了其能量时程曲线和冲击力时程曲线。结果表明,在连续冲击荷载作用下,混凝土的损伤面积逐次增大,条状裂缝宽度也随之扩大,冲击响应变得更加复杂;随着冲击能量输入的增加,混凝土板将不再能独自完成能量的转换,钢筋在冲击过程中会起到良好的能量耗散的作用;落锤冲击力峰值随着落锤高度的增加而变大,冲击力首个波段时长随着板件损伤程度的加深而变长。     

冲击作用下带肋焊接工字钢梁动力响应和损伤研究

为研究冲击作用下焊接工字钢梁的动力响应和损伤，采用有限元软件Abaqus对不带肋和带肋三种构造形式的焊接工字钢梁在冲击荷载作用下的动力响应进行了数值模拟分析。通过与落锤试验结果对比，验证有限元模型的合理性。建立27个模型对冲击荷载作用下焊接工字钢梁的动力响应和损伤进行研究，分析了冲击质量、冲击速度、构造形式对焊接工字钢梁动力响应的影响，并分析其加速度响应和损伤程度。研究结果表明：随冲击速度增加，同一构造形式的钢梁其冲击力峰值和跨中残余位移增大；冲击质量对钢梁的峰值冲击力影响不大，但对其跨中位移影响明显；对于不同带肋间距的钢梁，其侧向位移和跨中残余位移随加劲肋间距的减小而明显减小；带肋钢梁的侧向位移比无肋钢梁小；带肋钢梁比无肋钢梁更有利于减小其跨中加速度，从而减小惯性力；基于最大位移评估指标建立以冲击质量、冲击速度为主控影响参数的损伤等级评估曲线，根据冲击质量、速度的组合点所在损伤等级评估曲线的位置，可快速判定冲击后焊接工字钢梁的损伤等级。     

黏性泥石流作用下砌体结构破坏仿真分析

为了研究黏性泥石流携带石块撞击砌体结构的破坏机理,使用接触算法代替砂浆作用,利用LS-DYNA建立了三维实体砌体结构有限元模型,分析了砌体结构在黏性泥石流与石块撞击作用下的应力分布和传播,对比了不同速度泥石流冲击有无圈梁构造柱两种砌体结构的整体响应,得到了砌体结构受混合体冲击时的破坏形式和节点位移。研究表明:对于案例中的普通砌体结构,当携带石块的黏性泥石流冲击速度小于5m/s时,结构未发生破坏,整体处于弹性状态;当冲击速度高于8m/s时,砌体结构迎撞面发生严重的局部破坏,导致整体连续倒塌;而配置圈梁构造柱的砌体结构在冲击速度达到10m/s后才发生破坏,表明圈梁构造柱的合理配置能显著提高砌体结构的抗连续倒塌能力。     

复合板冲击响应试验研究

通过分析能量图和荷载挠度曲线,对单向玻璃-环氧复合板冲击响应进行试验研究,探讨了复合板的破坏模式和破坏过程。为进行对比分析,选择两种复合板进行试验,一种铺层顺序为[0/90/0/ 90]s,另一种为[0/90/+45/-45]s。基于额外能与冲击能的对比,提出可选择的方法确定破坏阈值。研究发现:铺层顺序为[0/90/+45/-45]s复合板的破坏阈值小于堆积顺序为[0/90/0/90]s复合板的破坏阈值;高冲击能下主要破坏模式为纤维断裂;反之,较小冲击能时易产生剥离和基底开裂。同时对多种冲击能下破坏区的等高点也进行了描述。     

撞击荷载下带吸能装置的钢筋混凝土桥墩动力响应研究

对带吸能装置的钢筋混凝土桥墩进行了落锤撞击荷载动力响应分析。根据伯努利-欧拉理论求解其振型,利用拉格朗日方程和落锤运动方程推导其弹性阶段的动力响应和吸能装置的位移时程表达式,从而求得桥墩的动内力。然后,将计算结果与承受轴力的侧向落锤撞击荷载试验结果进行对比,两者符合较好。这表明,本算法用来求解撞击荷载作用下带吸能装置的钢筋混凝土桥墩其弹性阶段的动力响应是可行的,因而具有一定工程应用价值。     

方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件#br# 横向撞击试验研究

通过对8个大空心率下方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件进行横向撞击试验,研究试件的撞击受力过程、破坏形态、撞击力时程曲线特征、跨中挠度与测点纵向应变发展过程等。考察落锤撞击高度、边界约束和轴压比等关键因素对方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件在横向撞击作用下动力响应的影响规律。试验研究结果表明：中空率为069的方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件在横向撞击作用下主要发生显著地局部凹陷变形,而试件整体变形不显著;在试验研究参数范围内,随着落锤撞击高度的增大,试件局部凹陷程度、跨中残余挠度以及撞击持续时间均保持线性增长;边界约束对跨中残余挠度、撞击力平台值以及撞击持续时间有较大影响;轴压比是影响试件动力响应过程的重要因素,随着轴压比的增大,撞击力时程曲线的平台段会逐渐缩短并消失,跨中挠度变形速度变快,撞击进程加快。     

落石冲击对桥墩破坏作用的研究

为研究落石冲击作用下不同截面形式桥墩的动力响应及破坏规律,采用混凝土连续面盖帽模型(CSCM)构建数值模型,基于能量守恒及沙漏原理检验了数值模型的可靠性。从桥墩混凝土体积损伤率和墩柱位移两个角度研究了不同截面形式桥墩在落石冲击作用下的动力响应及破坏规律,为今后山区桥梁墩柱形式选择提供一定的参考。