配筋对超高性能混凝土抗侵彻性能的影响

根据钻地武器侵彻有配筋超高性能混凝土(UHPC)的实际背景,该文通过数值模拟方法研究了配筋对超高性能混凝土抗侵彻性能的影响。通过弹体侵彻素UHPC靶标的试验数据验证了数值模型和材料参数的可靠性,通过量纲分析确定了钢筋直径d、钢筋平面间距s_h和层间距s_v是影响配筋的主要因素,对300 m/s和600 m/s弹体侵彻不同钢筋间距和直径的UHPC靶标工况进行了计算分析,研究了相同配筋率情况下不同配筋形式对侵彻深度的影响。结果表明：钢筋能够有效提升超高性能混凝土的抗侵彻性能,侵彻深度和表面成坑直径与钢筋间距正相关,与钢筋直径负相关;在相同的配筋率下,采用小间距、小直径的配筋方式比大间距、大直径的配筋方式更能有效提升超高性能混凝土的抗侵彻性能。     

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     

叠合板式混凝土墙不同接头形式抗爆性能分析

叠合板式钢筋混凝土墙应用已经比较广泛,但其接头方式对结构抗爆性能的影响还未不清楚。运用数值模拟的方法对3种不同接头方式下桁架式叠合板式钢筋混凝土墙的抗爆性能进行研究,计算了3种荷载条件下结构的动力响应,分析了结构中钢筋应变时程变化特征以及整体挠度和裂纹扩展演化规律,结果表明装配整体式连接接头形式抗爆性能最好。在接头局部,试件侧墙与底板接头设置在距根部300 mm处的抗爆性能优于接头设在根部附近的。但就整体变形而言,接头设在根部附近的试件抗爆性能要优于接头设在距根部300 mm处的。数值模拟结果与试验结果对叠合板式混凝土墙接头形式优选具有一定的参考价值。     

GFRP-钢筋混合配筋混凝土板的抗爆性能

混合配筋混凝土结构将钢筋和纤维复合材料(FRP)筋混合配置于混凝土，可较好地解决钢筋混凝土(SRC)结构的耐久性问题和FRP筋混凝土结构脆性破坏的问题，已广泛应用于土木工程中。为了研究混合配筋混凝土板的抗爆性能，开展了不同比例距离下混合配筋混凝土板和钢筋混凝土板的非接触爆炸试验，对比分析两种板抗爆性能差异和确定混合配筋混凝土板的破坏模式。结果表明：比例距离为0.684 m/kg^1/3时，混合配筋混凝土板位移峰值比钢筋混凝土板位移峰值大19.2%，但残余变形比钢筋混凝土板残余变形小27.3%。引入爆炸恢复指数评估混凝土板爆炸恢复能力，混合配筋混凝土板爆炸恢复指数大于钢筋混凝土板，混合配筋混凝土板有着出色的爆炸后恢复能力。混合配筋混凝土板背爆面破坏出现多条竖向裂缝和板对角线处斜裂缝，而钢筋混凝土板仅出现一条较宽的竖向主裂缝，多条斜裂缝向外辐射。混合配筋混凝土板随着比例距离的减小，破坏模式从整体弯曲破坏发展为整体弯曲破坏和局部混凝土破坏并存。结合试验数据提出混合配筋混凝土板最大支座转角θ的预测公式。为混合配筋混凝土板抗爆设计提供参考。     

高强钢筋加强混凝土板抗爆性能试验研究

对4组8块钢筋混凝土板进行抗爆性能试验,研究钢筋类型、配筋率、爆炸荷载峰值等因素对破坏形态、跨中位移、加速度及钢筋应变影响。结果表明,用导爆索代替炸药可获得典型的爆炸冲击波荷载,并能施加预定的均布荷载作用。与普通钢筋混凝土板相比,高强钢筋混凝土板裂缝宽度减小、分布均匀,具有良好的抗爆性能。提高配筋率可明显减小高强钢筋混凝土板位移,配筋率为0.78%时较0.62%时位移减小64.02%;配筋率大于0.62%时加速度时程曲线较一致,高强钢筋混凝土板整体刚度较好;随配筋率增大,钢筋应变峰值、残余应变均明显减小。爆炸荷载峰值对高强钢筋混凝土板的动态响应有显著影响,当荷载峰值由0.0318 MPa增大到0.0945 MPa时,位移峰值、残余位移分别增大3.63倍、4.80倍,加速度峰值增大近3倍。     

超高韧性水泥基复合材料功能梯度板接触爆炸数值模拟

超高韧性水泥基复合材料(Ultra-High Toughness Cementitious Composites,UHTCC)具有优异的韧性和吸能效果,采用UHTCC和UHPC材料制成的功能梯度板具有优越的抵抗爆炸冲击性能。为了更好地研究UHTCC材料在爆炸荷载下的损伤规律,设计出性能优良的防护结构,该文利用LS-DYNA软件对UHTCC功能梯度板接触爆炸进行了数值模拟。探讨了靶体材料、炸药量、配筋情况、能量吸收层厚度对结构抗爆性能的影响。研究结果表明,UHTCC功能梯度板可以有效减少爆炸荷载下的开坑、震塌以及靶体损伤,同时吸收更多的爆炸冲击波,从而达到优良的抗爆效果。配置拉结筋并合理设置能量吸收层厚度能有效减少靶体损伤。     

钢筋锈蚀与余震对RC框架结构地震损伤与易损性的影响分析

为量化钢筋锈蚀与余震对钢筋混凝土结构抗震性能的影响，选取两栋按我国现行规范设计的中国东南沿海地区钢筋混凝土框架结构为研究对象，考虑未锈蚀和由低到高三种不同锈蚀率(5%、10%和15%)的四种工况，采用真实主余震序列作为输入，选取Park-Ang损伤指数作为结构损伤指标，开展了主余震序列作用下的未锈蚀与锈蚀钢筋混凝土框架结构的地震损伤评估与易损性分析。计算结果表明：锈蚀率的提高加剧了主余震序列作用下的结构累积损伤，其增长率最大可超过50%。由钢筋锈蚀单一因素引起的结构损伤在主余震累积损伤中的占比最高可超过30%。此外，钢筋锈蚀因素会导致结构的主余震易损性曲线发生显著提升。当锈蚀率较大时，钢筋锈蚀对结构易损性的影响与余震对结构易损性的影响相接近。钢筋锈蚀和余震两个因素的耦合作用会使结构的易损性水平发生更为显著的提升。因此，十分有必要在既有钢筋混凝土结构抗主余震性能评估中考虑钢筋锈蚀因素的影响。     

钢筋混凝土梁动态试验与数值模拟

试验研究、数值模拟地震作用范围内加载速率对钢筋混凝土梁影响。考虑混凝土强度、钢筋强度、剪跨比、加载速率及加载模式等对钢筋混凝土梁力学及变形性能影响;基于ABAQUS有限元软件建立钢筋混凝土梁计算模型,考虑钢筋、混凝土的率敏感性,对梁试件在不同工况下动态性能进行数值模拟;模拟结果与试验结果吻合较好。     

水下爆炸荷载作用下结构动力响应及损伤破坏

为了研究水下爆炸荷载作用下重力式沉箱码头的动力响应及其损伤评估,基于Coupled Lagrangian Eulerian算法,通过AUTODYN建立了一维自由场冲击波、气泡脉动数值模型,验证了数值计算的合理性;将突堤式沉箱码头数值计算结果与试验数据进行对比分析,验证了数值分析模型的可靠性;建立了典型重力式沉箱码头在爆炸荷载作用下的三维数值模型,并分析了不同炸药当量、混凝土强度、配筋率等条件下,重力式沉箱码头的动力响应及损伤破坏。结果表明：随着装药量的增大,峰值位移逐渐增大,且增大的幅度与速度有所提高;结构配筋率主要影响重力式沉箱码头的抗剪性能,在水下爆炸荷载作用下,提高结构配筋率、混凝土强度能够优化整体结构的抗爆性能。研究成果可以为我国重力式沉箱码头结构在水下爆炸荷载作用下抗爆设计及防护措施提供参考。     

结构内爆炸荷载作用下钢筋钢纤维混凝土抗爆墙设计探讨

基于内爆炸原理,分析了结构内爆炸荷载的组成,提出了内爆炸荷载作用下抗爆墙的解析计算方法,对钢筋混凝土抗爆墙设计进行优化;提出将钢纤维应用于抗爆墙设计,并结合实例对钢筋混凝土与钢筋钢纤维混凝土抗爆墙进行计算对比。结果表明:准静态气体压力使结构内抗爆隔墙所受荷载比建筑外抗爆墙高出25%以上;在相同距离、相同爆炸当量条件下,钢筋钢纤维混凝土比普通钢筋混凝土抗爆墙厚度减少11%。     

隧道内爆炸作用下衬砌结构损伤机理及抗爆性能研究

为研究隧道内爆炸作用下衬砌结构抗爆性能,采用AUTODYN软件建立炸药-空气-衬砌结构-围岩与土体三维耦合体系模型,并考虑应变率对混凝土材料动力本构模型影响及炸药-空气-结构间流固耦合作用,分析隧道内爆炸荷载作用下衬砌结构动力响应及损伤机理,研究不同炸药量、衬砌结构配筋率及地质条件等对隧道衬砌结构抗爆性能影响。结果表明,隧道内爆炸作用下爆炸荷载存在振荡且沿隧道纵向、径向以不同规律衰减;损伤主要发生在衬砌结构底板、底板与侧帮及侧帮与拱肋连接部位;衬砌结构配筋率越高,围岩质量越好,衬砌结构损伤程度越低,隧道整体抗爆性能越好。     

自复位桥墩耗能钢筋合理配筋率的设计方法研究

自复位桥墩在地震作用下损伤较小,近年来受到了工程界的关注。无耗能装置的预应力摇摆墩耗能能力小,导致其在地震作用下产生较大的位移响应。为了增加无粘结预应力摇摆墩的耗能能力,通常会在墩底采用耗能钢筋。研究结果表明：增加耗能钢筋的用量,可以提高桥墩的耗能能力,但同时也会增加桥墩震后残余位移。然而,现有研究很少涉及耗能钢筋的合理配筋率问题。该文采用非线性时程分析方法,从自恢复指标λ对不同周期结构地震位移反应的影响入手,结合耗能钢筋配筋率ρ与自恢复指标λ的对应关系,提出了自复位桥墩耗能钢筋合理配筋率的设计方法。即不同周期自复位桥墩的耗能钢筋合理配筋率可通过其λ推荐值及ρ-λ关系得到。以一座四跨连续梁桥为例,验证所提耗能钢筋合理配筋率设计方法的合理性。研究结果表明：当结构周期比η<1.0时,λ推荐值为1.2;当结构周期比1.0≤η≤2.0时,λ推荐值为2.0;当结构周期比η>2.0时,该文推荐耗能钢筋配筋率为0.5%。     

钢管直径对T形截面钢管混凝土芯柱的抗爆性能影响研究EI北大核心CSCD

研究钢管直径这一参数的变化对T形截面钢管混凝土芯柱抗爆性能的影响。通过非线性有限元分析软件ABAQUS对钢管直径不同的T形截面钢管混凝土芯柱在爆炸荷载作用下的动力响应进行了数值模拟。比较了普通T形钢筋混凝土异形柱和T形钢管混凝土芯柱抗爆性能的差异。通过变化钢管直径,得到钢管直径的变化对T形钢管混凝土芯柱抗爆性能的影响。研究表明:T形钢管混凝土芯柱的抗爆性能优于普通T形钢筋混凝土异形柱;T形钢管混凝土芯柱的抗爆性能随钢管直径的增大而加强。     

钢管直径对T形截面钢管混凝土芯柱的抗爆性能影响研究

研究钢管直径这一参数的变化对T形截面钢管混凝土芯柱抗爆性能的影响。通过非线性有限元分析软件ABAQUS对钢管直径不同的T形截面钢管混凝土芯柱在爆炸荷载作用下的动力响应进行了数值模拟。比较了普通T形钢筋混凝土异形柱和T形钢管混凝土芯柱抗爆性能的差异。通过变化钢管直径,得到钢管直径的变化对T形钢管混凝土芯柱抗爆性能的影响。研究表明:T形钢管混凝土芯柱的抗爆性能优于普通T形钢筋混凝土异形柱;T形钢管混凝土芯柱的抗爆性能随钢管直径的增大而加强。     

混凝土重力坝抗震配筋加固数值模拟分析

针对地震作用下重力坝损伤开裂直接影响大坝安全问题,以Koyna水坝为研究对象,提出两种不同抗震配筋形式,利用混凝土塑性损伤开裂模型计算不同配筋方案混凝土重力坝地震响应。采用钢筋混凝土嵌入式模型考虑钢筋加强作用,据断裂能守恒原理调整混凝土软化段曲线,获得强化后混凝土本构。数值分析结果验证在坝体薄弱部位进行抗震配筋的必要性与实用性。     

爆炸作用下高强钢绞线网片-聚合物砂浆加固钢筋混凝土板的数值模拟

为了探究高强钢绞线-聚合物砂浆加固技术对钢筋混凝土板的抗爆性能的影响,应用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对其进行了在爆炸荷载作用下的数值模拟。在验证有限元模型合理性的基础上,对比分析了爆炸荷载作用下砂浆层厚度、砂浆强度和钢绞线直径等不同加固参数对钢筋混凝土板的破坏形态与板底位移的影响。结果表明:采用高强钢绞线-聚合物砂浆加固后钢筋混凝土板的抗爆性能显著提高;在砂浆加固层厚度、砂浆强度、钢绞线直径3种加固影响参数中,砂浆加固层厚度对钢筋混凝土板的加固效果影响显著,而砂浆强度和钢绞线直径对板的加固效果不明显。如果运用该技术提高钢筋混凝土板的抗爆性能,优先考虑增大加固层厚度。     

钢—UHPC组合防撞新装置研究

超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)是一种近年兴起的,具有超高强度、超高延性和韧性、高耐久性和体积稳定性良好的水泥基复合材料。由于UHPC具有优异的力学特性(如抗压强度约150 MPa,抗拉强度近30 MPa和良好的延性等),在结构抗冲击领域备受学者们的青睐。且UHPC板具有相当好的抗冲击性能,相对于普通混凝土板爆炸损伤及残余位移都显著地减小。尽管鲜有研究将UHPC运用于防撞领域,但目前UHPC在抗爆中表现出来的优异性能说明了将其用于防撞结构中具有巨大的潜力和前景,尤其是将其作为防船撞结构面板能够充分体现UHPC的抗冲击性能,同时也能显著提高面板的局部刚度。     

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。     

往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能的数值模拟

准确预测地震荷载下钢筋混凝土柱的受力性能,对评估震后混凝土框架结构及桥梁结构的安全性和震害损失具有重要意义。由于复杂的材料性能和受力行为,地震作用下钢筋混凝土柱受力性能的准确计算目前仍需主要借助数值模拟,并且对数值模型中混凝土和钢筋材料的滞回本构关系提出了更高的精度要求。该文基于纤维分析模型,采用更加完善的反复荷载下钢筋和混凝土的本构,编制了可精确分析钢筋混凝土杆系结构及构件在往复荷载下受力性能的计算程序,并对不同轴压比和不同配筋率的2根压弯柱试件进行了数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好。     

钢筋及其锈蚀对混凝土构件阻尼的影响

钢筋及其锈蚀将显著影响混凝土构件的动力特征参数。以纵筋配筋率、纵筋表面形式、箍筋间距、钢筋锈蚀率为主要参数,采用简支梁三点弯曲动态阻尼测试,研究各因素对弯曲小变形混凝土梁弹性阶段损耗因子与耗散模量的影响,探讨其作用机理,并对比分析构件刚度退化、阻尼演变随钢筋锈蚀率的变化规律。结果表明:损耗因子与耗散模量随配筋率增加先增加后减小,在配筋率为1%时达到峰值;损耗因子与耗散模量随钢筋锈蚀率增加先减小后增大,在锈蚀率为0.4%时达到最小值;损耗因子与耗散模量随箍筋间距的增大而减小;损耗因子与耗散模量按纵筋表面形式从大到小依次为月牙肋、光圆、方钢。随钢筋锈蚀率增加,阻尼比增长比刚度退化更显著,用阻尼参数探测钢筋混凝土构件的锈蚀损伤具有可行性。