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。     

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。     

侧向撞击作用下钢筋混凝土柱动力响应的有限元分析

基于ANSYS有限元分析软件,对钢筋混凝土柱在侧向撞击作用下的动力响应进行了数值模拟分析。运用参数化分析方法,研究了截面惯性矩、混凝土抗压强度、纵筋配筋率和箍筋间距等参数对钢筋混凝土柱中节点位移的影响。计算结果表明:增加纵向配筋率与截面尺寸可以显著降低柱中节点位移,而增加箍筋配筋率的效果不明显。     

冲击荷载作用下钢筋混凝土板的动力性能研究

以固支的圆板为例,建立了三角形冲击荷载作用下钢筋混凝土的有限元模型,分析了荷载大小和作用时间对板动力响应的影响,结果表明,板的动力响应主要受荷载强度的影响,荷载作用时间影响不大,结构变形以弯曲模态为主。     

汽车撞击和爆炸共同作用下钢筋混凝土柱的动力响应与破坏模式

运用ANSYS/LS-DYNA软件分别建立了钢筋混凝土柱、汽车、炸药及空气等模型,对模型的有效性进行了模拟验证;采用全过程分阶段数值模拟方法研究了不同参数对钢筋混凝土柱动力响应的影响,并对柱的破坏模式进行了分析。结果表明:汽车速度、炸药量的增加都会不同程度地加大柱中水平位移;柱截面惯性矩及箍筋配筋率的增加均对柱的抗冲击能力有不同程度提高;混凝土轴心抗压强度和纵筋配筋率的提高虽然使柱中水平位移有所降低,但在一定范围内降低值并不是很大;柱的破坏模式主要包括局部破坏、整体弯剪破坏和整体剪切破坏。     

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.     

侧向撞击作用下空心钢筋混凝土柱动力响应的参数分析

空心钢筋混凝土柱截面更扩展、自重较轻,常被用作高架桥墩、巨型框架柱等对稳定性要求较高的结构中.此类构件一旦遭受侧向撞击,更加容易发生破坏.采用有限元分析方法,对内配钢筋与内配钢管两种内壁形式的圆截面空心混凝土柱在侧向撞击力作用下的破坏模式和动力响应全过程等进行了分析,并开展了界面性能和空心率对其耐撞性能的影响分析.研究...     

近地端水平冲击作用下RC桥墩的动力响应试验研究

为了研究钢筋混凝土（RC）桥墩在近地端水平冲击作用下的动力响应,采用水平撞击试验设备,对3根圆形截面RC桥墩进行了试验研究。本试验以撞击速度为研究变量,得到了桥墩的撞击力时程曲线、位移时程曲线、变形曲线和最终损伤状态。试验结果表明：桥墩在1.70 m/s、2.68 m/s和3.32 m/s三种撞击速度下呈现出轻微损伤、中等损伤和严重损伤三种破坏形态,桥墩的破坏模式为撞击部位与墩底之间的局部剪切破坏,撞击速度对桥墩冲击动力响应和破坏机制有显著影响。本试验可以为车辆撞击桥墩问题的有限元数值模拟提供数据支撑。     

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     

二次爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁动力响应分析

将化爆荷载等切线简化为突加三角形动载,运用动力有限元程序计算三种典型跨长钢筋混凝土适筋梁在二次动载冲击下的破坏形态和动力响应,重点分析对比前后两次荷载作用下梁构件跨中正截面钢筋和混凝土应力应变的变化特征。结果表明,梁在二次突加动载作用下的破坏包含整体弯曲破坏和局部剪切破坏,钢筋和混凝土的二次残余应变增大幅度远高于残余应力的提高。构件越长,挠度峰值相对越大,但对钢筋和混凝土应力峰值影响不大。通过等效一次动载与二次动载的响应,给出了三种典型跨长钢筋混凝土梁二次动载的设计提高系数供设计参考。     

冲击载荷作用下钢筋混凝土结构动力响应仿真及损伤机理

为了进一步考察钢筋混凝土在受到荷载冲击时的动态响应结果,以期为今后工程钢筋混凝土应用提供指导,借助于专业有限元分析软件,采用仿真模型进行研究,在改变冲击荷载能量(钢球速度和质量)以及钢筋混凝土性能参数(抗压强度和配筋率)条件下,考察钢筋混凝土柱的柱中水平位移。结果显示,钢筋混凝土受到不同载荷冲击时,柱中水平位移不同,并且配筋率和轴心抗压强度对会影响水平位移。结论:为了提高钢筋混凝土,可以适当提高混凝土抗压能力,但不宜超过50 MPa,配筋率为0.019时比较经济,并且要结合工程实际情况来优化。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件动力响应的数值模拟

考虑了高应变率下混凝土和钢筋的动态本构模型,根据已有试验资料对炸药、钢筋混凝土构件和两者之间的空气建立数值模型,使用显式动力有限元软件LS-DYNA模拟了空气中点源炸药爆炸产生的爆轰冲击作用于钢筋混凝土构件和爆炸荷载作用下构件动力响应的全过程。结果表明,钢筋混凝土构件受到爆轰冲击的作用区域主要集中在构件迎爆面,构件背爆面受到的绕射冲击作用相比可以忽略;构件内应力波的传播不规则,同一位置处剪切应力波峰值早于弯曲应力波出现,构件的易损部位和爆轰冲击的主要作用位置有关,构件中部较端部更易发生弯曲破坏,而端部较中部更易发生剪切破坏。数值模拟结果和试验数据具有较好的一致性。成果表明,本文的数值模拟方法可以更准确地模拟爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏机理和研究构件抗爆能力。     

车辆碰撞钢筋混凝土桥墩撞击力计算方法研究

在试验基础上,探讨了车辆碰撞钢筋混凝土桥墩的撞击力计算方法。应变分析法是根据弹性阶段应变与曲率的关系、曲率与弯矩的关系以及弯矩与外荷载的关系,建立起应变与外荷载的关系,从而根据应变时程求解撞击力时程。动力分析法是将冲击系统简化为双自由度的质量—弹簧体系,忽略桥墩的阻尼作用,建立动力方程,从而求解出撞击力时程。计算结果与试验结果对比表明,本文给出的算法是可行的,具有一定的工程应用价值。     

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。     

Damage index of reinforced concrete members based on the energy dissipation capability degradation

Based on the estimation method of the energy dissipation capacity of reinforced concrete members under variable amplitude displacement cycles, the damage quantitative index of reinforced concrete members based on the energy dissipation capacity degradation is proposed. This index can establish a quantitative relationship with the energy dissipation capacity requirements and material parameters (yield force, yield displacement, and stirrup ratio). To understand the performance classification criteria of reinforced concrete members under variable amplitude displacement cycles based on the damage quantitative index, nine reinforced concrete members with different reinforcement conditions were tested. It was found that the reinforced concrete members can be classified as undergoing no damage (0 < D_k ≤ 0.3), mild damage (0.3 < D_k ≤ 0.6), moderate damage (0.6 < D_k ≤ 0.7), severe damage (0.7 < D_k ≤ 0.8), and destruction (0.8 < D_k ≤ 1), where the five performance states are based on the damage quantitative index. The performance classification criteria were verified by 18 flexural failure specimens in the Pacific Earthquake Engineering Research Center database.     

罕遇地震作用下钢筋混凝土框架-剪力墙结构的耗能机制分析

为了确定钢筋混凝土框架 剪力墙结构在强震作用下的合理耗能机制,对多个结构算例进行多条强震记录作用下的弹塑性时程分析。通过分析总累积耗能在各类构件中的分配和各类构件耗能沿结构高度方向的分布模式,研究结构的典型耗能机制类型,讨论耗能机制与结构参数的关系,并对不同的耗能机制进行评价。结果表明,“强墙肢弱连梁”整体型耗能机制使结构具有良好的抗震性能,应作为结构耗能机制设计的目标,“强连梁弱墙肢”耗能机制则应予以避免;连梁与墙肢的相对刚度关系是影响结构耗能机制的关键因素,框架和剪力墙相对数量的改变则不会明显影响结构耗能机制。对具有小跨高比连梁的结构,建议采用连梁水平分缝措施引导结构形成“强墙肢弱连梁”耗能机制,并通过算例分析验证了该措施的有效性。     

冲击荷载下钢管混凝土桩林动力性能试验研究

为有效地抵抗泥石流大块石冲击,提出了一种钢管混凝土桩林拦挡坝。为了研究该结构在冲击荷载作用下的动力性能,对其进行了考虑多工况的冲击荷载作用的试验研究。通过分析结构的应变、位移和加速度,总结了结构的响应模式,并与数值模拟进行对比。结果表明,结构的典型响应模式可以概括为以下几种:构件轻微损伤、构件局部破坏、连接节点破坏;随着冲击能量和冲击高度的增加,结构的应变和位移均增大;结构的加速度随冲击高度的增加而增大,而随冲击物质量的增加而减小;整个冲击过程从冲击区响应至整体结构响应耗时很短,约为0.6ms;桩管受冲击时结构能发挥良好的整体耗能作用,而撑管受冲击时整体结构耗能作用不明显;试验结果与数值模拟吻合较好;钢管混凝土桩林具有良好的抗冲击性能。     

组合式消能减震墩柱试验与设计方法研究

对采用Q345GJ钢的可更换剪切型消能连梁展开循环加载试验研究。结果表明这种连梁具有稳定的滞回耗能特性和较好的变形能力,同级荷载下多次滞回加载基本不产生循环强化;极限超强系数大致在1.35~1.5之间,符合预期设计要求。基于这种消能连梁,提出并设计一种由消能件和钢管混凝土组成的组合式消能减震墩柱,并对其开展了试验研究。试验结果表明,本文所采用的设计方法可以保证墩柱实现预期的破坏模式,即连梁剪切变形与柱脚集中塑性铰;墩柱具有很强的耗能能力、延性和变形能力;柱脚屈服时墩顶位移角约为1/80,可以保证中等地震荷载作用下柱脚处于弹性状态。     

钢纤维混凝土与聚丙烯纤维混凝土材料冲击荷载下纤维增韧特性试验研究

对两种纤维混凝土材料纤维增韧及耗能机理进行了探讨,并采用变截面大尺寸Hopkinson压杆,对钢纤维混凝土、素 混凝土和五种纤维含量的聚丙烯纤维混凝土试件进行了三种应变率范围的冲击压缩试验,文中给出了不同材料试件的破 坏特征及试验测试结果。并以应力-应变全程曲线所围面积作为韧性指标,对两种纤维混凝土在冲击荷载下增韧特性进 行了对比分析。研究表明,五种含量的聚丙烯纤维混凝土中,含量0.9～1.5kg／m3的三组混凝土韧性较高,其中含量 1.5kg／m3的聚丙烯纤维混凝土韧性值最大;与素混凝土相比,两种纤维混凝土韧性均有所提高,在达到应力峰值后的变 形阶段得以体现,在0～0.020应变范围内,钢纤维混凝土、含量1.5kg／m3的聚丙烯纤维混凝土韧性指标比素混凝土分别 提高了37.7％和18.9％。     

跨某高速公路钢箱混凝土门式墩设计

结合工程实例,介绍了高速公路钢箱混凝土门式墩的结构设计与施工,对墩柱承载能力及柱脚需要螺栓数量进行了计算,根据该桥墩的特点,提出了合理的防腐设计方案,从而减少对现有道路交通的影响.