冲击荷载下钢筋混凝土梁局部响应特征研究

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钢筋混凝土框架梁在低速冲击荷载作用下动力响应分析

钢筋混凝土框架梁在低速冲击荷载作用下动力响应分析
力分析已越来越引起许多人的关注。最早运用有限元法进行钢筋混凝土结构分析的是美国学者 D N o . g 和 A C So ee . .cr ls d i m,他们应用线弹性理论分别将钢筋 、混凝土划分为三角形单元,分析钢筋混凝土梁在外力 作用下的应力应变。18 年 ,Nlo 3 96 is - 等人发展了 N o sn ] g 的工作,将钢筋混凝土之间的非线性粘结关系及
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l 粱配筋圈
结构设计者了解结构在动力荷载作用下各个环节
受力和变形情况。这一方法在某种程度上可以部 分取代结构动力试验,进行结构动力响应研究。 本文分析 了6 层钢筋混凝土框架结构办公楼 除掉边跨中柱 ,并从中取出的模型梁 ( 如图 1 ) 进行了线性与非线性的动力响应分析。
图 1 模型梁 收稿 日期 :20 —01 0 71—5
上 的柱破 坏 引起 局部破坏 。 以上都属 于低速 冲击 的问题 ,因此 ,要 对受偶 然荷载发 生局部破 坏时结 构的动 力响应 进行研 究 。
由于钢筋混凝土框架结构体系是一个复杂的、多 自由度的超静定结构体系,人们在短时间内对这一结 构体系的动力响应不能全面了解 ,各方面的不足之处仍然存在。 有限元分析方法可以提供大量结构体系在荷载作用下的响应信息,因此 ,利用有限元技术进行结构受
A g20 u.08
文章编号 :17 0 6 (0 8 3— 00— 6 64— 2 2 20 )0 09 0

冲击荷载下钢筋混凝土梁的数值模拟试验

冲击荷载下钢筋混凝土梁的数值模拟试验

冲击荷载下钢筋混凝土梁的数值模拟试验摘要:钢筋混凝土是一种力学特性十分复杂的材料,其本身存在着很强的非均匀性和弹塑性特征。

自动元胞机是一种时间和空间都离散的动力系统,特别适合于空间复杂系统的时空动态模拟研究。

本文在自动元胞机理论的基础上,建立了一种钢筋混凝土梁的数值试验模型,通过大量的数值试验,建立起力学参数与混凝土材料宏观力学行为之间的联系,提出了一套参数取值方案,并比较成功的模拟了一组钢筋混凝土梁冲击试验。

关键词:自动元胞机数值模拟钢筋混凝土梁冲击试验1.引言在结构设计中,钢筋钢筋混凝土结构常常作为梁、板、柱等承重构件使用,在使用期间可能遭受意外撞击等冲击荷载,经撞击后可能造成局部破坏。

由于冲击荷载的破坏性大,往往成为结构设计过程的重点关注因素[1]。

在计算机出现以前,人们对钢筋混凝土结构不可能进行足够精确的分析,而只能利用大量试验的手段,采用半经验半理论的方法进行计算和设计。

随着计算机技术和数值分析方法的进步,人们开始进行钢筋混凝土结构的数值试验,在数值试验结果与真实试验结果较为吻合的条件下,数值试验可以取代真实试验[2]。

自动元胞机是一种时间和空间都离散的动力系统。

大量元胞通过简单的相互作用而构成动态系统的演化过程。

不同于传统的动力学模型,自动元胞机并非按照严格推导的力学方程或函数建立的,而是用一系列模型构造的规则构成。

在冲击荷载作用下,钢筋混凝土结构的变形与静荷载受力不同[3]。

自动元胞机本身是一种时间和空间都离散的动力系统,因此可以方便的将连续的结构离散为一系列单元和节点的组合,同时将连续的时间和荷载也相应的离散化。

在进行空间离散的过程中,通过对材料力学参数进行随机赋值的方法模拟材料的非均质性以及内部存在的缺陷,因此采用自动元胞机理论进行混凝土结构的分析是一种新的研究途径[4]。

2.仿真模型的建立及动力计算方法2.1 仿真模型的建立及动力计算方法应用自动元胞机理论建立仿真模型并对其进行动力计算,主要体现在以下几个方面:(1)将连续体进行空间离散。

强冲击载荷下钢筋混凝土路面动态响应影响因素敏感度分析

强冲击载荷下钢筋混凝土路面动态响应影响因素敏感度分析

强冲击载荷下钢筋混凝土路面动态响应影响因素敏感度分析周晓和;马大为;仲健林;任杰【摘要】To obtain the dynamic responses sensitivity of concrete thickness, reinforcement position and longitudinal reinforcement ratio of reinforced concrete pavement under heavy impact loading, its finite element model is established by the concrete damaged plasticity model, the parametric technology is used to calculate main dynamic response influencing factor on the reinforced concrete pavement under heavy impact loading and then according to the obtained results, the sensitivity of each parameter is analyzed. The result shows that the concrete thickness has great influence on loading central maximum settlement and bottom central maximum stress value, next reinforcement position, and then longitudinal reinforcement ratio.%为得到强冲击载荷下,混凝土厚度、钢筋位置及纵向配筋率对钢筋混凝土路面动态响应敏感度,采用混凝土塑性损伤模型,建立了钢筋混凝土路面有限元模型;采用参数化技术,对钢筋混凝土路面在强冲击载荷下动态响应的主要影响因素进行参数化计算,结合计算结果对各参数进行了敏感度分析。

钢筋混凝土结构受冲击的力学行为研究

钢筋混凝土结构受冲击的力学行为研究

钢筋混凝土结构受冲击的力学行为研究钢筋混凝土是建筑结构中最常用的材料之一,在建筑设计和施工中扮演着重要的角色。

然而,在建筑物受到外部冲击时,如地震、爆炸等,钢筋混凝土的力学行为会发生很大变化,极大地影响建筑物的稳定性和安全性。

因此,研究钢筋混凝土结构受冲击的力学行为,对于提高建筑物的抗冲击能力和防灾能力具有十分重要的意义。

钢筋混凝土受冲击的常见形式包括爆炸冲击、地震冲击和风载荷冲击等。

其中,爆炸冲击是最常见和最危险的一种冲击形式,因为爆炸威力大、范围广,会给建筑物造成严重的损伤。

另外,地震和风载荷冲击也是建筑物受冲击的常见形式,尤其是在地震多发地区和海岸地区。

钢筋混凝土结构在受冲击时,会发生很多力学行为,如压缩破坏、剪切破坏、弯曲破坏、撕裂破坏等。

其中,压缩破坏和剪切破坏是最常见的两种破坏形式。

压缩破坏是指混凝土在受到冲击载荷时,由于强度不够而发生破坏。

剪切破坏则是指混凝土在冲击载荷作用下发生剪切破坏的过程。

此外,钢筋混凝土结构在受冲击时还会发生弯曲破坏和撕裂破坏。

为了更好地了解钢筋混凝土结构受冲击的力学行为,需要进行大量的实验和数值模拟研究。

目前,国内外已经有很多学者对该问题进行了深入研究,提出了许多有用的结论。

例如,前人研究发现,钢筋混凝土结构在受到冲击载荷时,受力方式与静态荷载下的受力方式不同。

在静态荷载下,混凝土会均匀地受到压力,而在冲击载荷下,混凝土受力则会集中在冲击载荷作用的位置。

此外,前人研究还发现,强度较高的混凝土能够提高钢筋混凝土的抗冲击性能,并且混凝土的粘结强度和粘结长度也会影响钢筋混凝土的抗冲击能力。

除了实验研究外,数值模拟也是研究钢筋混凝土结构受冲击的重要手段之一。

数值模拟可以通过建立钢筋混凝土的数学模型,模拟其在受到冲击载荷下的力学行为,从而预测其响应和破坏过程。

通过数值模拟可以有效地降低实验研究的成本和时间,同时也能够更好地理解钢筋混凝土结构在受冲击时的力学行为。

近年来,有越来越多的学者使用数值模拟方法研究钢筋混凝土结构受冲击的力学行为,取得了一些有价值的成果。

冲击荷载作用下钢筋混凝土梁性能试验研究_许斌_曾翔

冲击荷载作用下钢筋混凝土梁性能试验研究_许斌_曾翔

基金项目: 国家自然科学基金重大研究计划重点项目 ( 90715033 ) 以及 培育项目( 91015007 ) 作者简介: 许斌, 博士, 教授 0228 收稿日期: 2013-


钢筋混凝土梁作为混凝土结构最基本的构件之 一, 在人为灾害( 如恐怖袭击 ) 和自然灾害作用下均可
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由于混凝土和钢筋材料的率敏感性的差异 [1 , 12 ] , 在强动力荷载作用下的惯性效应 以及混凝土材 料作为一种典型的多相复合材料的特点, 钢筋混凝土
[1418 ]
等方面。 、 构件
1
1. 1
试验概况
试件设计
结构在冲击等强动力荷载作用下的力学行为与静载 条件下的行为存在较大差异, 而且机理相对复杂, 现 有研究工作的积累, 特别是试验研究成果显得不足, 国内在这方面的研究尤为缺乏。 钢筋混凝土梁在冲击下的抗剪性能研究方面 , 为 5, 9, 13] 了先不考虑抗剪箍筋的影响, 文献[ 对无腹筋 对裂缝的发展及形态、 梁的抗冲击行为进行了研究, 。 6]完成了 19 根简 力和位移响应进行了分析 文献[ 支梁的冲击试验, 无腹筋梁在冲击点与支座之间形成 明显的拱形裂缝, 而配箍筋的梁在冲击点与支座之间 主要表现为斜向裂缝, 并且斜裂缝随配箍率提高间距 减少。通过对支座反力和冲击速度的关系进行分析 发现, 当冲击速度达到一定值后, 支座反力不再随冲 6, 12]对不同配箍率的 击速度的提高而增加。 文献[ 梁( 包括无腹筋梁 ) 在冲击荷载下的剪切行为进行了 12] 研究。文献[ 通过分析梁的挠曲变形特征, 发现将 梁简化成采用弹性变形特征单自由度体系模型进行 抗冲击分析值得商榷。 以上配箍钢筋混凝土梁冲击 下抗剪性能的研究一般只重点关注某一个冲击参数 ( 冲击速度、 冲击质量和冲击能量 ) 的影响, 对同样冲 无腹筋梁 击能量而不同的冲击质量和速度的组合下 , 和配箍梁的抗冲击性能的比较研究还不够全面和深 入。再者, 冲击荷载作用下梁的惯性效应对梁的力学 行为有重要影响, 但现有研究对钢筋混凝土梁在冲击 过程中的加速度响应以及其分布的变化未进行详细 测量和探讨。此外, 目前的研究对带损伤梁在再次冲

钢筋混凝土柱在冲击荷载作用下破坏模式研究

钢筋混凝土柱在冲击荷载作用下破坏模式研究
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Abstract : The dynam ic responses of structure m embers sub jected to m i pu lsive load w as an alyzed app roxm i ately u sing the second class of Lagrange Equ at ion. The for mu las w ere derived for ana lyzing , stru ctura l responses in both the flexu ral mod e and th e d irect sh ear mod e of SDOF system. Th e failu re probab ility of RC m e m bers was a lso investigated cons id ering the un certain ties in m i pu ls ive load, geometry and materia l propert ies . The formu las were app lied to a structural co lum n exposed to variou s co m b inat ions of peak pressu res and load ing durations to evalu ate its fa ilure probab ility . T he resu lts show that th e peak pressure and the load ing duration are th e two factors govern ing th e fa ilure m ode . It is also observed th at the fa ilure m ode can b e d iv id ed in to flexural type and d irect shear type . T he frequ en cy of d irect sh ear m ode is greatly larger than that of flexural m ode , ind icat ing the notab le d ifferen ce b etw een th e m. For the d irect sh ear mode , the larger the peak value , the shorter th e last ing tm i e , and vice versa . K eywo rds : m i pu ls ive load; targeting pract ice ; failu re p robab ility ; fa ilure m ode 响参数都是 随机变 量; 在瞬 时冲 击 荷载 与爆 炸荷 载

钢筋混凝土构件在抗冲击荷载下的响应研究

钢筋混凝土构件在抗冲击荷载下的响应研究

钢筋混凝土构件在抗冲击荷载下的响应研究摘要:钢筋混凝土(Reinforced Concrete,简称RC)是一种常用的结构材料,广泛应用于建筑和桥梁等工程领域。

在一些特殊情况下,如地震、爆炸、冲击等极端荷载作用下,钢筋混凝土构件的性能和行为会发生较大的改变。

针对抗冲击荷载下钢筋混凝土构件的响应情况进行研究,可以为设计更加安全可靠的工程结构提供重要参考。

1. 引言钢筋混凝土构件具有较强的抗压和抗拉强度,同时具备良好的耐久性和可塑性。

然而,当遭受冲击荷载时,构件的受力状态将发生明显变化,可能出现塑性变形、开裂甚至破坏。

因此,研究在抗冲击荷载下钢筋混凝土构件的响应是至关重要的。

2. 冲击荷载的分类和特点冲击荷载是指突然或瞬间作用到构件上的大量动能,具有高能量和短时间的特点。

根据冲击荷载的性质和来源,可将其分为自然冲击和人工冲击两种类型。

自然冲击包括地震、洪水等自然灾害,而人工冲击则是指爆炸、碰撞等人为因素引发的冲击。

3. 钢筋混凝土构件在抗冲击荷载下的行为在抗冲击荷载作用下,钢筋混凝土构件的行为表现为动力响应和能量耗散过程。

构件内部的钢筋和混凝土将共同承担受力,可能发生开裂、塑性变形或破坏。

此外,构件的几何形状和细部构造也会影响其响应行为。

4. 抗冲击设计与加固措施为了提高钢筋混凝土结构在抗冲击荷载下的性能,可以采取诸如增加构件的尺寸和厚度、增加纵向和横向钢筋的配筋率、采用高强度材料等措施。

此外,合理的结构布置和连接方式也能有效提高结构的抗冲击能力。

5. 实验研究进展针对钢筋混凝土构件在抗冲击荷载下的响应研究,科研人员进行了大量的试验研究。

通过碰撞试验、爆炸试验等方法,研究了构件的受力、变形和耗能特性。

这些试验为设计更安全可靠的工程结构提供了重要依据。

6. 数值模拟方法除了实验研究,数值模拟方法在研究钢筋混凝土构件的抗冲击行为方面也得到了广泛应用。

有限元方法是一种典型的数值模拟方法,可以模拟构件在冲击荷载下的受力分布和变形情况。

基于SHPB的混凝土及钢筋混凝土冲击压缩力学行为研究

基于SHPB的混凝土及钢筋混凝土冲击压缩力学行为研究

基于SHPB的混凝土及钢筋混凝土冲击压缩力学行为研究一、本文概述随着现代工程技术的迅速发展,混凝土及钢筋混凝土材料在冲击、爆炸等极端动载荷作用下的力学行为越来越受到关注。

冲击压缩力学行为研究对于保障工程结构在极端环境下的安全性和稳定性具有重要意义。

本文基于分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,简称SHPB)试验技术,对混凝土及钢筋混凝土在冲击压缩载荷下的力学特性进行了深入的研究。

SHPB试验技术作为一种有效的动态力学测试方法,能够模拟材料在高速冲击下的应力-应变响应,为混凝土及钢筋混凝土冲击压缩力学行为的研究提供了有力的技术支持。

本文首先介绍了SHPB试验技术的基本原理和试验装置,然后详细阐述了混凝土及钢筋混凝土在冲击压缩载荷下的应力波传播特性、应力-应变关系、能量耗散以及损伤演化等方面的研究内容。

通过对比分析不同条件下混凝土及钢筋混凝土的冲击压缩试验结果,本文揭示了材料在冲击载荷作用下的力学特性变化规律,探讨了冲击速度、试件尺寸、配筋率等因素对材料力学行为的影响。

本文还结合数值模拟方法,对冲击压缩过程中材料的破坏模式、应力波传播规律等进行了深入的分析和讨论。

本文总结了混凝土及钢筋混凝土冲击压缩力学行为研究的主要成果和结论,指出了研究中存在的问题和不足,并对未来的研究方向进行了展望。

本文的研究成果不仅有助于深入理解混凝土及钢筋混凝土在冲击压缩载荷下的力学特性,也为相关工程结构的设计和安全评估提供了重要的理论依据和技术支持。

二、冲击压缩试验技术概述冲击压缩试验技术,特别是分离式霍普金森压杆(SHPB)技术,是近年来研究材料在高应变率下动态力学行为的重要手段。

SHPB系统主要由入射杆、透射杆、吸收杆、试件、以及测量装置等组成。

当高压气体驱动入射杆撞击试件时,会在试件中产生冲击压缩效应,同时入射杆和透射杆上的应变片会记录下应变信号,进而计算出试件在冲击过程中的应力-应变关系。

冲击荷载作用下钢筋混凝土梁性能试验研究共3篇

冲击荷载作用下钢筋混凝土梁性能试验研究共3篇

冲击荷载作用下钢筋混凝土梁性能试验研究共3篇冲击荷载作用下钢筋混凝土梁性能试验研究1冲击荷载作用下钢筋混凝土梁性能试验研究随着建筑和桥梁工程的不断发展,对钢筋混凝土梁在各种工况下的性能要求越来越高。

冲击荷载是在自然灾害或人为意外情况下常常遇到的一种突发荷载,对建筑物和桥梁的性能带来重大影响。

因此,了解冲击荷载对钢筋混凝土梁的影响,对建筑物和桥梁的设计和安全保障有着重要的意义。

本次研究采用四根相同尺寸的梁进行试验,梁长为2.8m,直径为0.3m。

试验中选用20号钢筋作为主筋,每根梁纵向配筋为5根,横向配筋为3根,都是直径为10mm的钢筋。

试验分别在0.15m、0.25m和0.35m的落差下进行,每个落差均进行3组试验数据的采集。

控制每根梁在试验过程中的边界角度不大于2度,试验数据的采集工作由数码仪器完成。

在不同冲击荷载下,对梁混凝土的受压变形和受拉变形进行测试。

对受压变形采用墨迹仪测量其中的裂口长度和宽度,同时采用激光位移计测量裂口处的变形量。

对受拉变形采用应变计进行测量。

试验结果表明,梁在落差较小的情况下能够承受较大的冲击荷载,随着落差的增加,梁的抗冲击性能逐渐下降。

进一步分析试验结果,发现落差越大,梁裂缝的长度和宽度越大,受拉变形也随之增加。

同时,试验结果还反映出跨度较小的梁在冲击荷载下的抗冲击性能更好。

这是因为跨度较小的梁在受到冲击荷载时,局部裂纹对整根梁的承载能力的影响更小。

总之,本次试验结果表明,冲击荷载会大大降低钢筋混凝土梁的性能,尤其是跨度较大的梁在受到冲击荷载时更为脆弱。

因此,我们应该加强建筑和桥梁的安全防护设施,以减少突发事件对建筑物和桥梁的损害。

同时,在建筑和桥梁的设计和施工过程中,应该考虑到各种突发情况所带来的影响,以提高建筑、桥梁的抗冲击能力。

冲击荷载作用下钢筋混凝土梁性能试验研究2钢筋混凝土梁作为建筑结构中常用的部件,其性能对结构的承载能力及安全性具有重要影响。

在工程实际中,往往存在着各种情况下的冲击荷载作用,这些作用对梁的性能产生不同程度的影响。

冲击和快速加载作用下钢筋混凝土梁柱构件性能试验与数值模拟研究的开题报告

冲击和快速加载作用下钢筋混凝土梁柱构件性能试验与数值模拟研究的开题报告

冲击和快速加载作用下钢筋混凝土梁柱构件性能试验与数值模拟研究的开题报告一、研究背景随着城市化进程加快和建筑业对建筑安全要求愈发严格,非线性冲击和快速加载所引起的构件破坏问题引起了越来越多的关注。

因此,研究冲击和快速加载对钢筋混凝土梁柱等构件性能的影响,有着重要的理论和实际意义。

二、研究目的本课题旨在通过试验和数值模拟相结合的方法,对冲击和快速加载作用下的钢筋混凝土梁柱构件的力学特性进行研究,深入探讨其破坏机制和影响因素,为提高建筑物安全性和保障人民生命财产安全提供技术支持。

三、研究内容1. 钢筋混凝土梁柱构件冲击和快速加载试验的设计和实施,掌握试验数据的获取和处理方法;2. 基于ANSYS等有限元分析软件,建立钢筋混凝土梁柱构件的三维有限元模型,并进行模拟分析;3. 分析冲击和快速加载作用下钢筋混凝土梁柱构件的受力性能变化和破坏机理,探讨其影响因素;4. 对比试验数据和有限元模拟结果,验证分析方法的可靠性和精度;5. 针对研究结果,提出了有关防护措施和加强建筑结构抗震性能的建议。

四、研究方法1. 实验方法:选取几组参数合理的样本,设计试验方案,通过加速器和荷载装置,以一定的冲击和载荷速率进行冲击和快速加载试验,并在试验过程中记录试验数据。

2. 数值模拟方法:基于有限元方法,建立钢筋混凝土梁柱构件的三维有限元模型,并通过ANSYS等有限元分析软件,对梁柱在冲击和快速加载作用下的力学特性进行模拟,并分析其特点与影响因素。

3. 结果分析方法:通过分析试验和模拟结果,对冲击和快速加载作用下的钢筋混凝土梁柱构件的受力性能变化、破坏机理、防护措施等进行分析和探讨,为提高建筑物安全性和保障人民生命财产安全提供建议。

五、预期成果通过本研究,预期得到以下成果:1. 冲击和快速加载作用下钢筋混凝土梁柱构件的试验数据及其解析;2. 钢筋混凝土梁柱构件的三维有限元模型和模拟分析结果;3. 冲击和快速加载作用下钢筋混凝土梁柱构件的受力性能变化和破坏机理等方面的深入探讨;4. 针对研究结果提出有关加强建筑结构抗震性能的建议,为提高建筑物安全性和保障人民生命财产安全提供技术支持。

混凝土受冲击载荷下的动态响应试验研究

混凝土受冲击载荷下的动态响应试验研究

混凝土受冲击载荷下的动态响应试验研究一、引言混凝土结构在建筑、桥梁、道路和其他工程领域中得到广泛应用,其中在受冲击载荷下的动态响应问题一直备受关注。

由于混凝土的复杂性和非线性行为,以及冲击载荷的瞬态性和不确定性,混凝土受冲击载荷下的动态响应问题具有很高的复杂性。

因此,混凝土受冲击载荷下的动态响应试验研究一直是混凝土结构工程研究的热点之一。

二、试验方法为了研究混凝土受冲击载荷下的动态响应问题,需要采用适当的试验方法。

常用的试验方法包括悬挂试验、冲击试验和爆炸试验。

其中,悬挂试验可以模拟地震等动态载荷下混凝土结构的响应特性,但是试验过程复杂且受到试验室空间限制。

冲击试验可以模拟混凝土结构受到冲击载荷的响应特性,但是试验过程也比较复杂且需要特殊的试验设备。

爆炸试验可以模拟混凝土结构受到爆炸载荷的响应特性,但是试验成本较高且安全性难以保证。

因此,根据具体研究目的和条件选择合适的试验方法是非常重要的。

三、试验参数在进行混凝土受冲击载荷下的动态响应试验时,需要考虑一系列试验参数。

其中包括冲击载荷的类型、大小和作用时间等;试件的尺寸、形状、材料和加固方式等;传感器的类型、数量和位置等。

这些参数的选择应根据具体研究目的和条件进行合理的设计,以保证试验结果的可靠性和准确性。

四、试验结果分析根据试验结果,可以对混凝土受冲击载荷下的动态响应特性进行分析。

常见的分析方法包括应变分析、振动分析和能量分析等。

应变分析可以从局部和全局两个方面对试件的应变变化进行研究,揭示混凝土结构在受冲击载荷下的变形和破坏特点。

振动分析可以对试件的振动响应进行研究,揭示混凝土结构在受冲击载荷下的振动特性和动态响应机理。

能量分析可以从能量转移和分布角度对试件的响应特性进行研究,揭示混凝土结构在受冲击载荷下的能量耗散和转移机理。

五、结论和展望混凝土受冲击载荷下的动态响应试验研究是混凝土结构工程研究的重要内容之一。

通过合理的试验方法和参数设计,可以获取混凝土结构在受冲击载荷下的响应特性,为混凝土结构的设计和施工提供重要参考。

钢筋混凝土结构抗冲击研究综述

钢筋混凝土结构抗冲击研究综述

钢筋混凝土结构抗冲击研究综述发布时间:2021-04-15T14:07:55.407Z 来源:《建筑科技》2021年1月下作者:方锐1[导读] 钢筋混凝土结构常用做结构中的梁、板、柱等承重结构,在役期间可能遭受意外撞击,撞击后可能造成局部直接破坏,继而产生结构的冲击振动甚至结构倒塌等多种形式的破坏效应,从而带来巨大的生命和财产损失。

冲击是发生在力学系统中由于撞击体与该系统动力接触的一种现象,特点是在非常短的时间间隔内接触点的速度急剧变化和非常大的力的瞬间作用。

广东省广州市番禺区大学城广州大学方锐1 510006[摘要]:钢筋混凝土结构常用做结构中的梁、板、柱等承重结构,在役期间可能遭受意外撞击,撞击后可能造成局部直接破坏,继而产生结构的冲击振动甚至结构倒塌等多种形式的破坏效应,从而带来巨大的生命和财产损失。

冲击是发生在力学系统中由于撞击体与该系统动力接触的一种现象,特点是在非常短的时间间隔内接触点的速度急剧变化和非常大的力的瞬间作用。

冲击荷载是一种延伸到高频阶段频率的高强度、持续时间短为特征的脉冲荷载。

在冲击荷载作用下钢筋混凝土结构将以高于静态许多量级的应变速率变形,表现出与静态受载时不相同的力学行为。

由于冲击荷载的破坏性大,往往成为结构设计过程中的控制因素。

国内外学者在大量的试验基础上,进行了钢筋混凝土结构冲击理论的系统研究。

[关键词]:钢筋混凝土结构;抗冲击1、研究背景及意义混凝土结构形式的出现极大改善了人们的工作和出行条件,为社会发展提供了强大的物质基础。

在混凝土的设计理论体系中,最核心的内容之一是极限状态设计理论【1】。

对于正常设计、正常施工、正常使用以及正常维护的混凝土结构,我们很难确定其使用寿命,但结构在正常使用中可能经受地震、火灾、爆炸、冲击和其它偶然事故的发生。

结构在冲击荷载作用下可能毁于一旦,对于人口密集的建筑群,结构破坏倒塌之后产生的不仅仅是经济.上的损失,更对人的生命安全造成极大的.危害,对社会产生的影响往往也极其恶劣。

钢筋混凝土框架结构在冲击荷载下的响应分析

钢筋混凝土框架结构在冲击荷载下的响应分析

钢筋混凝土框架结构在冲击荷载下的响应分析钢筋混凝土框架结构是一种广泛应用于高层建筑和重要工程中的结构形式。

在面临冲击荷载(如地震、爆炸等)的情况下,了解结构的响应特性对于确保结构的安全性和抗灾性非常重要。

因此,钢筋混凝土框架结构在冲击荷载下的响应分析成为结构工程领域一个重要的课题。

冲击荷载可能引起结构的变形、应力和动力响应,进而影响结构的稳定性和完整性。

因此,对于钢筋混凝土框架结构在冲击荷载下的响应分析需要考虑以下几个方面。

首先,冲击荷载的作用机理需要进行有效的建模和分析。

钢筋混凝土框架结构在冲击荷载下受到的外部冲击力可以模拟为一个时间历程积分的过程。

建立合适的冲击荷载模型是进行响应分析的前提,可以使用数值模拟方法来模拟冲击荷载的作用。

其次,需要对结构的动力特性进行分析。

在冲击荷载下,结构的固有频率、振型和阻尼特性可能发生变化,这将影响结构的响应。

可以利用有限元分析或模态分析等方法,获得结构的固有频率和振型,并进一步分析结构的阻尼特性。

然后,需要对结构的变形和应力进行分析。

冲击荷载会引起结构的位移和应力增加。

在计算结构的变形和应力时,可以使用弹性力学理论和塑性理论。

可以通过有限元分析等方法,将结构的材料特性和几何特性纳入计算,以获得结构的变形和应力分布。

此外,还需要对结构的破坏和失效进行评估。

当冲击荷载超过结构的抗冲击能力时,结构可能会发生破坏和失效。

评估结构的破坏和失效需要考虑材料的损伤和破坏模型,并进行结构的性能评估。

最后,结构的抗冲击改造和增强措施也需要考虑在冲击荷载下的响应分析中。

钢筋混凝土框架结构可以通过加固、加筋和改善连接节点等措施来增强其抗冲击能力。

通过分析和模拟不同的抗冲击改造和增强方法,可以评估结构的抗冲击性能,并优化结构的设计。

综上所述,钢筋混凝土框架结构在冲击荷载下的响应分析是一个复杂而重要的研究领域。

通过建立合适的冲击荷载模型、分析结构的动力特性、计算结构的变形和应力、评估结构的破坏和失效,并优化结构的设计和改造,可以提高钢筋混凝土框架结构的抗冲击能力,确保结构的安全性和抗灾性。

钢筋混凝土结构撞击响应分析

钢筋混凝土结构撞击响应分析

钢筋混凝土结构撞击响应分析
钢筋混凝土结构在服役期间除了承受静荷载作用之外,还可能遭受外部的撞击作用,撞击可能造成结构的局部破坏,甚至结构的整体倒塌。

因此于钢筋混凝土结构在撞击荷载作用下的变形内力、破坏机理的研究具有重要的意义。

本文运用ABAQUS软件,对钢筋混凝土梁和框架结构在集中落锤撞击作用下的非线性动态响应进行了研究,主要完成以下几个方面的研究工作:(1)验证本文数值模拟方法的合理性。

本文对相关文献钢筋混凝土简支梁落锤撞击试验进行数值模拟验证,通过撞击力时程曲线、梁跨中挠度时程曲线和梁的破坏情况的比较,验证了本文的数值模拟方法、材料模型选用以及网格划分设置的正确性。

(2)钢筋混凝土梁在落锤垂直撞击下的动态响应分析。

分析中考虑了集中撞击位置、梁的高宽比、高跨比、初始撞击速度及落锤质量对梁撞击响应的影响。

在此基础上,提出了梁在撞击作用下的简化分析模型,并运用数据拟合的方法,给出梁跨中最终挠度的估算公式(3)钢筋混凝土框架结构在垂直撞击下的动态响应分析。

分析中考虑了集中撞击的位置、初始撞击速度和框架梁柱线刚度比的变化对结构撞击响应的影响。

在梁的撞击响应简化分析模型的基础上,推出了框架结构在垂直撞击下的塑性简化分析模型,并给出估算框架梁跨中最终挠度的经验公式。

(4)钢筋混凝土框架在侧向撞击下的动态响应分析。

分析中考虑了集中撞击位置、初始撞击速度和框架梁柱线刚度比变化对结构撞击响应的影响。

在此基础上提出在低速撞击下框架柱最终水平位移的简化计算方法。

混凝土受冲击时的瞬态响应特性研究

混凝土受冲击时的瞬态响应特性研究

混凝土受冲击时的瞬态响应特性研究一、研究背景混凝土是建筑中常用的材料之一,但在遭受冲击时,其瞬态响应特性引起了研究者的关注。

混凝土在冲击时会发生裂纹、破坏等现象,因此研究混凝土的瞬态响应特性,有助于提高建筑结构的抗冲击性能。

二、研究方法1.试验方法通过冲击试验仪器对混凝土进行冲击试验,观察混凝土在冲击过程中的变形、裂纹、破坏情况,进而得到混凝土的瞬态响应特性。

2.数值模拟方法采用有限元分析软件对混凝土进行数值模拟,对混凝土在冲击过程中的应力、应变、变形等指标进行计算和分析,从而得到混凝土的瞬态响应特性。

三、研究结果1.试验结果通过冲击试验,观察到混凝土在冲击过程中会发生裂纹、破坏等现象。

同时,随着冲击载荷的增大,混凝土的破坏模式逐渐从拉伸、剪切转化为压缩破坏。

2.数值模拟结果通过有限元分析软件对混凝土进行数值模拟,计算得到混凝土在冲击过程中的应力、应变、变形等指标。

结果表明,随着冲击载荷的增大,混凝土的应力、应变、变形等指标均随之增大,同时混凝土的破坏模式逐渐从拉伸、剪切转化为压缩破坏。

四、研究结论1.混凝土在冲击载荷作用下会发生裂纹、破坏等现象,破坏模式逐渐从拉伸、剪切转化为压缩破坏。

2.随着冲击载荷的增大,混凝土的应力、应变、变形等指标均随之增大。

3.通过研究混凝土的瞬态响应特性,可以提高建筑结构的抗冲击性能,保障人们的生命和财产安全。

五、研究展望当前的研究存在一些不足之处,例如仅考虑了单一的冲击载荷作用,未考虑多种不同冲击载荷的作用效果,未考虑材料的非线性行为等。

因此,今后的研究可以进一步拓展,综合考虑多种不同冲击载荷作用下混凝土的瞬态响应特性,以更好地提高建筑结构的抗冲击性能。

混凝土受冲击时的瞬态响应特性研究

混凝土受冲击时的瞬态响应特性研究

混凝土受冲击时的瞬态响应特性研究一、引言混凝土是一种常见的建筑材料,在工程实践中广泛应用。

然而,由于各种原因,如天灾、恐怖袭击等,混凝土结构可能会受到冲击或爆炸等外力的作用,从而导致混凝土结构受损。

因此,混凝土受冲击时的瞬态响应特性研究具有重要的实际意义。

二、混凝土受冲击的机理当外力作用于混凝土结构时,会引起混凝土内部的应力和变形。

混凝土受冲击的机理主要包括以下几个方面:1.材料本身的特性:混凝土的强度、密度、韧性等特性会影响其受冲击时的响应。

2.冲击载荷的特性:冲击载荷的强度、持续时间等特性会影响混凝土的响应。

3.结构形状和尺寸:不同形状和尺寸的混凝土结构对冲击载荷的响应不同。

4.载荷作用位置:混凝土结构受到的冲击载荷作用位置不同,其响应也不同。

三、混凝土受冲击时的瞬态响应特性混凝土受冲击时的瞬态响应特性主要包括以下几个方面:1.应力波的传播:当混凝土受到冲击载荷时,会产生应力波。

应力波的传播速度、幅度和衰减率等特性会影响混凝土的响应。

2.变形和破坏:混凝土受到冲击载荷后,会产生变形和破坏。

变形和破坏的形式和程度取决于混凝土材料的特性、冲击载荷的特性、结构形状和尺寸以及载荷作用位置等因素。

3.能量吸收:混凝土受到冲击载荷后,会吸收能量。

能量吸收的大小取决于混凝土材料的特性、冲击载荷的特性、结构形状和尺寸以及载荷作用位置等因素。

四、混凝土受冲击时的数值模拟方法为了研究混凝土受冲击时的瞬态响应特性,可以采用数值模拟方法。

数值模拟方法主要包括以下几种:1.有限元方法:有限元方法是一种广泛使用的数值模拟方法,可以用来模拟混凝土受冲击时的响应。

有限元方法可以将混凝土结构离散成有限个单元,通过求解单元之间的相互作用得到混凝土结构的响应。

2.离散元方法:离散元方法是一种用于模拟颗粒状物质运动的数值模拟方法,可以用来模拟混凝土的破坏和变形过程。

离散元方法可以将混凝土结构离散成离散元素,通过求解元素之间的相互作用得到混凝土结构的响应。

侧向冲击下方钢管混凝土构件动力响应的参数研究

侧向冲击下方钢管混凝土构件动力响应的参数研究

第50卷第2期中南大学学报(自然科学版) V ol.50No.2 2019年2月Journal of Central South University (Science and Technology)Feb. 2019 DOI: 10.11817/j.issn.1672−7207.2019.02.021侧向冲击下方钢管混凝土构件动力响应的参数研究蔡健1, 2,余瑜1,陈庆军1, 2,李玉楠1,叶嘉彬1(1. 华南理工大学土木与交通学院,广东广州,510641;2. 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室,广东广州,510641)摘要:运用ABAQUS/Explicit有限元软件对方钢管混凝土(CFRST)构件的侧向冲击过程进行数值模拟,研究冲击高度、截面含钢率、冲击位置、材料强度、构件长细比等对方钢管混凝土构件冲击力和挠度变形的影响;基于刚塑性梁理论,提出计算方钢管混凝土构件截面动力受弯承载力提高系数的实用计算公式。

研究结果表明:截面含钢率和长细比是影响冲击持续时间和冲击力平台值的敏感因素;减小冲击高度和构件长细比,增加截面含钢率可显著减小构件冲击点处的挠度;钢材屈服强度、截面含钢率、长细比和冲击速度是影响构件截面动力受弯承载力的重要参数。

关键词:侧向冲击;方钢管混凝土;数值模拟;参数分析;简化塑性理论中图分类号:TU398.9 文献标志码:A 文章编号:1672−7207(2019)02−0409−11Parameter study on dynamic response ofconcrete filled square tube under lateral impactCAI Jian1, 2, YU Yu1, CHEN Qingjun1, 2, LI Yunan1, YE Jiabin1(1. School of Civil Engineering and Transportation,South China University of Technology, Guangzhou 510641, China;2. State Key Laboratory of Subtropical Building Science,South China University of Technology, Guangzhou 510641, China)Abstract: ABAQUS/Explicit software was used to simulate the concrete-filled rectangular steel tube(CFRST) specimens under lateral impact. The effects of five main parameters including impact height, sectional steel ratio, impact location, material strength and slenderness ratio on impact force and deflection of CFRST were studied. Based on the rigid-plastic beam theory, a useful formula was proposed to calculate the dynamic flexural capacity strengthening factor (cross-section dimension) of the CFRST. The results show that sectional steel ratio and slenderness ratio are the sensitive factors that affect impact time duration and force platform value. Reducing the impact height and slenderness ratio, and increasing the sectional steel ratio can decrease the CFRST deflection remarkably at the impact point. The steel yield strength, sectional steel ratio, slenderness ratio and impact velocity are proved to be the control parameters of the CFRST cross-sectional dynamic flexural capacity.Key words: lateral impact; concrete filled rectangular steel tube(CFRST); numerical simulation; parametric analysis;simplified plasticity theory收稿日期:2018−03−11;修回日期:2018−05−11基金项目(Foundation item):国家自然科学基金资助项目(51578246);广东省自然科学基金资助项目(2017A030313263);华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室自主研究课题(2015ZA04)(Project(51578246) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (2017A030313263) supported by the Natural Sciences Foundation of Guangdong Province; Project(2015ZA04) supported by the Independent Research Program of State Key Laboratory of Subtropical Building Science of South China University of Technology) 通信作者:陈庆军,博士,副教授,从事结构理论、结构仿真分析等研究;E-mail:***************.cn中南大学学报(自然科学版) 第50卷 410钢管混凝土结构已广泛应用于各类土木工程结构,如超高层建筑大跨空间结构、电力塔架、地铁站、桥墩等。

冲击荷载作用下钢-混凝土组合梁的受力特性研究的开题报告

冲击荷载作用下钢-混凝土组合梁的受力特性研究的开题报告

冲击荷载作用下钢-混凝土组合梁的受力特性研究的开题报

一、选题背景和意义
随着城市化进程的不断推进,钢-混凝土组合梁作为一种新型结构体系,被越来越广泛地应用于桥梁、高层建筑等领域。

冲击荷载是钢-混凝土组合梁会遇到的一种特殊荷载,其大小和方向都会对梁体的受力特性产生影响。

因此,研究冲击荷载作用下钢-混凝土组合梁的受力特性,对于深入了解该结构体系的耐震性能、优化设计和提高其应用范
围具有重要意义。

二、研究内容和方法
本研究将通过数值模拟和实验相结合的方法,探究不同冲击荷载作用下钢-混凝土组合梁的受力特性。

具体来说,研究对象将包括多种不同混凝土强度等级和钢筋配筋率的
组合梁。

将利用ANSYS等有限元软件对不同组合梁在不同冲击荷载作用下的受力特性进行数值模拟分析,并与实验结果进行对比分析,以验证和修正数值模拟结果。

三、研究计划和进度安排
第一年:完成文献综述和数值模拟分析,确定研究对象和设计实验方案,实验室设备
预备以及实验样品制备。

第二年:开展实验工作,记录实验数据,分析实验结果,修正数值模拟结果,初步得
出结论,撰写研究报告的草稿。

第三年:完善研究报告并进行修改,进行分析、总结以及归纳,准备学位论文。

四、预期成果和贡献
通过研究冲击荷载作用下钢-混凝土组合梁的受力特性,本研究旨在为该结构体系的设计和应用提供科学有效的理论基础和参考依据。

同时,该研究对于提高我国结构工程
领域的学术水平,也有着一定的贡献意义。

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第46卷第3期 2 0 19年3月湖南大学学报(自然科学版)J ou rn al of H unan U niversity (N atural Sciences)V ol.46,N o.3Mar. 2 0 19文章编号:1674-2974(2019)03-0025-08D01:10.16339/ki.hdxbzkb.2019.03.004冲击荷载下钢筋混凝土梁局部响应特征研究赵武超,钱江!(同济大学土木工程重,上海200092)摘要:从分析已有冲击试验结果入手,将钢筋混凝土梁的动态响应区分为局部响应阶 段和整体响应阶段.由于钢筋混凝土梁在局部响应阶段更易发生脆性剪切破坏,本文主要研究此阶段梁的瞬态响应.讨论了惯性力和负向支座反力对梁内力分布的影响;根据荷载平衡基本原理和参数分析结果建立了梁内力分布的计算方法.结果表明:惯性力和负向支座反力均会影响梁体局部响应阶段的内力分布;负向支座反力近似与梁的跨高比和碰撞力呈线性关系;将惯性力的分布简化为线性分布能够较好地反映梁的 力状态.关键词:钢筋混凝土梁;冲击荷载;瞬态响应;惯性效应;支座反力;内力分析中图分类号:TU375 文献标志码:AStudy on Local Response Characteristicsof RC Beams under Impact LoadingZHA0Wuchao,QIAN Jiang!(State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China) Abstract:Based on the existing experimental results,the dynamic response of RC beams under impact loading is divided into local response stage and overall response stage.As RC beams are vulnerable to shear failure during the local response stage,this study investigates the transient response of the components in this stage.Thus,the ef­fect of inertial force and reverse reaction on the internal force distribution at the local response stage is also dis­cussed.Based on the basic principles of force equilibrium and parametric analysis results,a computing method for the internal force of RC beams is proposed.The results show that both the inertial force and negative reverse reaction affect the internal force distribution of beams during the local response stage,and the reverse reaction is approxi­mately linear to the span-depth ratio and peak impact force.The assumption that the distribution of inertial force is linear can well reflect the actual force state of the beam.Key w〇rds:RC beams;impact loading;transient response;inertia force;reverse reaction;internal force analysis船、车撞击桥梁!1-2]、飞行物撞击建筑物和核电 厂房、山区落石撞击相邻建筑物和构筑物等事故都 有可能造成结构的严重损伤甚至倒塌,因此,在工程结构设计中外部冲击荷载应给予极大的关注.钢 筋混凝土构件作为结构中常见的受力构件,其在冲 击荷载下的瞬态响应和抗撞性能对结构设计具有X 收稿日期% 2018-05-23基金项目:国家自然科学基金重大项目(51438010),Major Program of the National Natural Science Foundation of China(51438010)作者简介:1992—),男,河南周口人,同济大学博士研卞通讯联系人,E-mail: jqian@26湖南大学学报(自然科学版)2019 年重要意义.近年来国内外学者对冲击荷载下钢筋混凝土 构件的动态响应进行了一系列试验研究和数值仿 真研究.Hughes等[3]进行了 92根钢筋混凝土梁的冲 击试验,研究了冲击速度、冲击质量和接触刚度对 构件动态响应的影响,并指出等效静力设计方法由 于不能反映高阶振型的贡献,因此不适用于构件的 抗撞设计.Ki'h i等采用落锤冲击试验研究了无腹筋钢筋混凝土梁在冲击荷载下的动态响应和耗能 能力,并指出支座反力 撞力能反映构件内力和抗冲击能力.冲击速度的 ,钢筋混凝土构件的 由切 .Saatci等0通过落锤试验研究了钢筋混凝土梁的抗机制对其抗撞能的影响,结 抗机制对构件的和切了重要用.Fujikake等问研究了钢筋混凝土梁在冲击荷载下的动态响应,并 了冲击力和 的-质量型.等[7]了钢筋混凝土梁抗冲击能的试验研究,了冲击过 梁的 和 态.等[8]于 了钢筋混凝土梁在阶 撞力和 的计 .等叩 和冲击能量 方 了钢筋混凝土构件的冲击响应过程和 机.Ki'h i等(10]基于36根钢筋混凝土梁冲击试验 了和指标的抗冲击设计方法. 等(11]结冲击试验结对Ki'h i等(10]出的设计方法进行了 进.方,J@ne'(12]采用移行 了钢结构构件冲击响应的 型,其 梁刚 ,梁的速度和速度.在撞,梁在撞击 速 .应力的,应力 了,并 构件 动. 行 的 ,于 ,因此在刚 结构力学 应用.Symond'等(13]指出行的的,并不 意义.刚 型仅考虑应力沿梁轴方情况,忽略了其厚度效应.邢誉峰等[14]采用间接态叠方法对质点和简支平应力梁的撞击问题进行了 ,指出切和厚度效应对梁的冲击响应有重要影响.然而,钢筋混凝土材 本构与刚 型相差 ,梁很难>移行”,因此采用刚 型来研究钢筋混凝土梁 的动态响应可能会造 的误差.另一些学者波动 来考察钢筋混凝土梁在冲击荷载下的瞬态响应.童桦等(15]对混凝土应力的进行了 研究.Cot'O T o W议采用“有效响应长度”来研 究钢筋混凝土梁的动态响应.梁的效长度义为负矩之间的距离,撞力的 速度义为混凝土 的切速!'.需要指出的,C〇t'O F O'采用的冲击荷载斜坡力,而忽略了碰撞 之间的相互用.冲击荷载下钢筋混凝土梁的动态响应可 局响应阶和整响应两个阶[6,17].梁动态响应的既研究集在整响应阶的撞力、构件的 和 等方,然而,这些对解冲击荷载下结构构件的动态响应和 机还不够全和深人.由于局响应阶的持续间短暂,试验 的数据精度难 保证,因此局响应阶的研究相对少.冲剪效应在局部响应阶 显著,此时梁往往在出现显的之前生脆切.在局响应阶梁不生切的前提下,才能保证整响应阶的,同局响应阶的度也会对整响应阶的承载能力产生影响.由此可见,局响应阶梁的动态响应对撞过程具有不可忽视的贡献.本文首先采用限件LS-DYNA对文献[6]的钢筋混凝土梁冲击试验 进行了数值仿真,并验证了限型的可 ;结 效应和支座反力 了局响应阶梁的内力 通过量的数撞力峰值和支座反力的 ,而 了钢筋混凝土梁内力计的验.1模型建立与验证本文 于 Fujikake等[6]进行的落锤冲击试验对 钢筋混凝土梁的动态响应进行数值.试验梁总长1.7 m,截面尺寸为150 mm(宽)x250 mm(高);两 简支,净跨 1.4 m.梁 采用对称配筋,顶和底 配两根直16 mm的 钢筋,其屈度 426 M Pa筋采用 度 295 MPa、直 10 mm的钢筋筋间距为75 mm.梁几何尺 寸和配筋 1.混凝土抗 度 42 MPa,10 mm.落锤质量为400 kg,冲90 mm的 刚.落锤在 距梁顶面0.15、0.30、0.60和1.20 m高度处自由释放 来冲击梁 .第3期赵武超等:冲击荷载下钢筋混凝土梁局部响应特征研究272仿真结果为了深入探讨RC 梁的内力分,本文首先文献[6]中的击 钢筋混凝土梁击度下的 力和 反力进行分析. 击为了研究梁的弯破坏性能而抗剪能力 保守,这里箍筋 调整为150**.,梁的净分取为0.8、1.4和2.0 m ; 度分别取3.4 */s 和13.7 */s . 下 力和支反力 4 .当构净为0.8*,力极短的传递处,此大部10 15 20 "0时间/ms(c) 0.60 m5 10 15 20时间/ms乙400300 200 1000051015 20 25 051015 2025/ms/ms(d) 1.20 m图3数值模拟和试验结果对比Fig.3 Comparison between numerical and experimental results510 152000/ms(a) 0.15 m510 1520/ms5 10 15 20 0/ms(b) 0.30 m10 1520/ms(a)0.15i (b)0.30r(c)0.60 m (d)1.20 m6.993e-015.994e-01 4.995e-01 3.996e-01 2.997e-01=_ 1.998e-( 9.990e-( 0.000e+(k-01)e-02)e+00图2梁裂缝分布对比Fig.2 Comparison of beam crack patterns图1梁截面尺寸及配筋(单位-mm)Fig.1 Cross-section size and rebar arrangement (unitrmm)钢筋混凝土材料模型采用美国联邦公路局为 进行钢筋混凝土护栏安全性分析而开发的连续帽盖模型(MAT _CSCM_CONCRETE )[18].该模型能够较 好地反映低围压下混凝土的应变率强化、刚度退化 和应变软化等力学行为.混凝土的单轴抗压强度和 最大骨料粒径分别取为42 MPa 和10 mm ,其它材料 参软 .钢筋采用 性化模型(MAT _PLASTIC _KINEM - ATIC ),弹性模量 为200 GPa ,为0.3,塑性模量为1.5 GPa ,失效应变为0.12.采用Cower-Symonds 模型[12]来考虑 材料应变率效应,钢筋动屈服强度为=!!/!" ( 1 + ("/$)1R % ( 1 )式中:应变率参$、%分别取为40.4和5.混凝土、 和 采用单分单模,钢筋采用Hughes-Liu 梁单模,梁采用单 分单模.考虑钢筋混凝土的 ,采用的连 .为,钢筋混凝土梁的 为1 mm .过关键字 *INITIAL _VELOCITY_GENERATION 赋的度来击 度的击用.采用的*CONTACT _EROD -ING _SURFACE _TO_SURFACE 来定义落锤与梁、支梁的.分别对比了在 0.15 m 、0.30 m 、0.60 m 和 1.20 m 击度下钢筋混凝土梁响应的模和,其中 分、 力和中度 :2和 3 .采用 模 的等效性应变分来反映钢筋混凝土梁分.下和的钢筋混凝土梁分和破坏情本一致.模拟的力较近,只是后期发一的震荡,但首次 阶段力吻合良好.力,梁中度本一致.看出,本文采用的有限模 和参取较合理,可用后续的:分析.模Ia40-------Ai式验樹以302010产0.‘ 试验■模a40试验樹以302010.0试验模0(0(0(0(""432 1s /^l a su o o o 4 3 2 1C50(0(0(/t3 2 1S /SS28湖南大学学报(自然科学版12019 年-100010********时间/m s图5碰撞力与支座反力时程曲线[19]Fig.5 Time histories of impact force and reaction force[19]分碰撞力由支座承担,冲击荷载对梁的瞬态响应和破坏模式影响不太明显.随着梁净跨的增加,惯性效 应逐渐增强.在碰撞开始阶段支座反力出现了较大 的负值,并且负向支座反力几乎与碰撞力同时达到 最大值.负向支座反力随着碰撞速度和跨度的增大 而增大;而梁的净跨对碰撞力峰值的影响并不明显.许斌等[7]发现未施加预应力压梁的钢筋混凝土 梁在初始碰撞阶段将会出现梁端部与支座脱离现 .Pham 等[19] 冲 到的碰撞力和支座反力时 5 .在 碰撞力峰值区间,除了产生极大的碰撞力,存在较大的支座负反力. 与碰撞 破坏的碰撞力峰值 ,支座负反力 .而,支座反力会影响梁的力,最大负 等.等[2/] 的明, 的 速发 破坏 在几发生.这恰好表明,第一个碰撞力峰值区间内碰撞500力峰值和支座负反力会显影响梁的破坏态.因, 对支座反力的 碰撞力峰值区间的负反力.3讨论3.1内力分析负向支座反力 由梁惯性力的,了 ,!支座反力力与惯性力的 值. 在极 的时间 到支座 , 时碰撞对梁的影响较, 在 时.在荷载梁惯性力度向的 和 . 等[21]出在碰撞力达到峰值惯性力度的性 . 将惯性力 梁 度 向性 .Saatci 等[5]和 Pham 等[22]的, 了碰撞力峰值时梁的力.应力 递到支座后,梁在 荷载的内力6 ,其Z 为梁净跨度;a 为悬臂度;#碰撞力;$ 支座反力力.根据静力平衡条件可得:P +R +2qa 1/l -ql /2 二 0⑵将& ) !(//2 - 2a 2//)代入可得:# p q (1 - y )(l /2-2a 2//)(3)5 10 15 20 25 3051015202530_51015202530时间 m s时间 m s时间 m s(d)*=13.7 m/s ,/=0.8 m(e)*=13.7 m/s ,/=1.4 m⑴*,=13.7 m/s ,/=2.0 m 图4不同碰撞工况下的碰撞力和支座反力时程曲线Fig.4 Time histories of impact force and reaction force under different load cases5 10 15 20 25 30时间/m s(a)*=3.4 m/s ,/=0.8 m0 5 10 15 20 25 30时间/m s(R)*=3.4 m/s ,/=1.4 m510 15 20 25 30时间/ms(c)*=3.4 m/s ,/=2.0 i50(^2国■指0050(0(0(0(J4 3 2 1国■框.oo o ouooo o J 43 215/■框u o o o o oo cJo 5 o5 5C二 2 1 1 113/■指J l 0(5(0(A - 21 150-5Is /■悔500^O I3O I 2 11第3期赵武超等:冲击荷载下钢筋混凝土梁局部响应特征研究29图6 R C梁的剪力和弯矩分布图Fig.6 The shear force and moment diagram of RC beams负弯矩最大点至支座的距离为:= "!1 - ! + y#2/(4"2)(4)跨内最大负弯矩为:!n e g= qa^(2a+ 3)8)/3/+ Rx8/2- qx13/3l(5)反弯点距支座的距离为)2A则应满足:qa2(2a+ 3)2)/3l+ R)2/2 - q)23/3l= 0 (6)跨中最大弯矩为:!_ q(l3- 16a3- 12a2l)yq(l2- 4a2)/7)眶9 24l- 8 W)由于惯性力和负向支座反力的存在,钢筋混凝土梁的内力分布与静载下具有显著的差异.惯性力和负向支座反力不但改变了梁的弯矩分布,而且显著地减小了截面最大弯矩;尽管截面剪力的分布有所改变,但其最大值并未减小.局部响应阶段钢筋混凝土梁的抗弯需求降低,抗剪需求不变,从而 t 其 剪 +,梁跨中 了大的负弯矩,反弯点的存在大大减小了撞部位梁的有效剪跨比,这些会响梁的受力+3.2支座反力对内力分布的影响7 了不 跨 的梁跨中截面最大弯矩、截面最大负弯矩 反弯点位 负向支座反力的变 .中"=a/l;Mn m@为支座反力为梁跨中截面最大弯矩;!n e g@为支座反力为梁剪跨内最大负弯矩.负向支座反力梁跨内最大负弯矩的响"的大而大.!为0.1,"_0.107的梁最大截面负弯矩 不 负向 支座反力的3 ;而于"_0.075的最大截面负弯矩至了不 负向支座反力的7 .梁跨中截面最大弯矩与!性,且 支 座反力的大而减小.当"小,截面最大弯矩 "的变不," 值,截面最大弯矩 "的大而减小.反弯点的存在改变 了梁在 载下的受力 ,并有效地减小了梁的剪跨比,反弯点的位 梁的力响应具有 的.反弯点和支座的距"大 而大,但 减小,梁 于向撞位中.(a)截面最大负弯矩(b)跨中截面最大弯矩(c)反弯点位置图7支座反力对梁内力的影响Fig.7The effect of reverse reaction on the internal force30湖南大学学报(自然科学版)2019 年30100 200 300 400 500 100 200 300 400 500碰撞力/kN碰撞力/kN(:)//$ = 8.0(d)//$= 10+4图8不同跨高比构件的碰撞力和支座反力的散点图Fig.8 Scatter plots of impact force and reverse reaction force of RC beams with different span to depth ratio为了研究跨高比对支座反力的影响,这对计 算结果支座反力关碰撞力峰值和跨高比的! 6 (0.053//$ - 0.165)"(8)中:!为支座反力合力(kN );"为碰撞力峰值(kN );/为跨(mm );$ 为高度(mm ).冲击碰撞一其的 ,上定碰撞力峰值的大.对值 的碰撞力峰值 碰撞力计算.碰撞速度取值范围为1.7〜13.7 m/s ;碰 撞 的取值范围为50〜1 600 k >;梁的跨高比取值范围为3.2〜10.4.部响,梁内力碰-1.0100 200 300 400 500碰撞力/kNa //$ = 3.2100 200 300 400 500碰撞力 )kN(b)//$ = 5.6综上所述,支座反力对钢筋混凝土梁剪跨内最 大负弯矩、跨中最大弯矩和反弯点位置均具有显著 的影响,而以往的研究忽视这一部分的贡献,这会 对钢筋混凝土梁内力的计算结果造成一定的误差.3.3负向支座反力和碰撞力峰值图8为28组碰撞工况下支座反力和碰撞力峰 值之间的散点图.其中,落锤冲击速度的范围取为 1.7〜13.7 m /s ;跨高比取值范围为3.2〜10.4.当跨高比 为3.2时,上部支座并不会对 .而,当跨高比 5.6时,碰撞速度下的负支座反力碰撞力峰值呈线性关系,并且两的比值随跨高比的大而大.这中关支座反力和性力呈比的定一,分对不跨高比时支座反力和碰撞力之间的关系线性,结果图8 .撞点 部 [16],时梁并不 部有 ,冲击响. 有随的而不 , 定梁比的.不一般性, Biggs [23]的度系 计,其中梁的• %m 为:fp "2(&)d &%m 69)I pdx中:p 为钢筋混凝土梁的线度;"(&)为梁的定,这 定"(&)为线性分布,则悬臂长为跨为/的梁的 系 %m = 1/3 Q 8'3/3/3.而 4种不跨高比梁的 系数分别为:0.351、0.337、0.334 和 0.334.冲击梁的比和冲击速度对碰撞力峰值的贡献最为显著,这忽略了其他次要素,对34组碰撞工况的值分析结果 多 元非线性回归分析,而 碰撞力峰值"(kN )关比M s /)e f f 、冲击速度〃 (m /s )的经验 :"=100(M s /)ef )008*a 5 (10)10 基于落锤冲击试验的 结果 1定的,主要适 讨的球冲头低速冲击尺寸普钢筋混凝土梁的情况.碰撞力的10)可为 的定性结 供据支持,以期进 一^步为其它碰撞工况供 .图9给 该经验 的 优度. 据统计结果可以看出,碰撞力峰值预测值和 值之比的平均值为0.998,异系为0.067,决定系数为 0.951,可见拟合效果较为理想.AVG=0.998C0V=0.067 !2=0.9512 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34计算工况编号图9碰撞力峰值拟合优度Fig.9 Goodness of fitting of the peak impact force3.4内力计算将碰撞力峰值和支座反力的经验 代入到梁的平衡程中图6 ,可以 冲击荷载下梁 剪力和弯矩沿梁长度 的分布情况,而可以将梁的抗冲击性 计转为 计,便于工程.根据支座反力和碰撞力的经验计算 式可负支座反力力与惯性力的比值为:0.053//$ + 0.835180! 6 0.295",S 150! 6 0.358"120■ \,/-90y 609^930o o o o15129 6151/^赵似第%期赵武超等:冲击荷载下钢筋混凝土梁局部响应特征研究31-■3.4 m/s ;计算 一3.4 m/s ;公式计算 13.7 m/s; 计算 13.7m/s ;公式计算0.20.40.60.8 1.0%/#(a )净跨1.4 m 时弯矩分布0.20.40.60.81.0%/#(3)净跨1.4 m 时剪力分布从而梁左半跨内任一截面的弯矩!和剪力" 可以表示为:M _ (0.053//$ -0.165)(2%3-4&3-6&2%)P3(2-4&2)(0.053//$ — 0.165)%((12)"_ 2(0.053//$-0.165)(%2-&2)(—_ (2-4&2)(0.053//$ - 0.165)%((13)式中:/为梁净跨长度(mm );&为悬臂长度(mm );$ 为截面高度(mm );%为计算截面与支座之间的距离 (mm );(为碰撞力(kN ),可按公式(10)计算.瞬态响应阶段冲击荷载对钢筋混凝土梁的内 力分布的影响远大于变形,因此取碰撞力达到峰值 时的截面剪力和弯矩作为研究对象.图10对比了数 值模拟和按式(12)(13)计算得到的不同碰撞速度 和不同净跨长度时钢筋混凝土梁的内力分布.3.4 m/s ;计算3.4 m/s ;公式计算13.7 m/s; 计算13.7 m/s ;公式计算0.20.40.60.8 1.0%//(c )净跨2.0 m 时弯矩分布0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0%//(d )净跨2.0 m 时剪力分布图10数值模拟和经验公式得到梁截面弯矩和剪力曲线Fig.10 The shear force and moment diagrams of beams calculated by numerical simulation and empirical formula,公式计算 与模拟 比较, 碰撞置附有一定的差异,这要 于 分中碰撞力 为荷载而碰撞面 的.与弯矩分布比,计算公式得到的剪力分布数值模拟.这恰 的,因为响应阶段梁的剪切应比,剪力对梁的影响要远高于弯矩.这一表了 力梁长度分布的定 的.4结论数值模拟和分 对钢筋 混凝土梁冲击荷载的响应了.于有冲击 了数值模拟 的,分了碰撞力、支座力和内力分布的变.荷载 得到了响应阶段梁内力的计算.要:1)瞬态冲击作钢筋混凝土梁的力与态荷载时有 的差异;力和支座力 了梁弯 , 变剪切, 梁剪 .碰撞梁的变形,此时撞 的研究应从内力分.2) 支座力影响梁截面大弯矩大弯矩弯置等,忽略支座力的影响 梁内力计算出现一定的误差.支座力似与梁的跨高比和碰撞力 关系;而冲击 速度对碰撞力峰值的影响十分.3)通过建立的力学模型和对的回归分得到了冲击荷载梁内力计算的公式,从而得到不利截面的位置和内力大,此时5o1 3(S .S V ®铷00O O I O O Io o o0 o o 12 31 III s(S .5)/垵撕oo o o oo o o o 321-1s/§32湖南大学学报(自然科学版)2019 年可将抗冲击设计转变为截面设计.经验公式中考虑 了支座反力对内力分布的贡献,其计算结果与仿真 结果比较吻合,进一步表明局部响应阶段梁惯性力 呈线性分布的假定比较合理.参考文献[1]许薛军,单成林.夹层结构曲面环形浮式桥墩防撞套箱碰撞分析[J].湖南大学学报(自然科学版),2015,42(3):106—111.X U X J,S H A N C L. Impact analysis of the bridge pier anti-colli­sion floating box sets made by sandwich structure with curved —shaped [J].Journal of Hunan University (Natrual Sciences),2015,42(3):106—111. (In Chinese)[2]王娟,,周德源.桥梁下部结构抗重型车辆撞击的数值仿真分析[J].湖南大学学报(自然科学版),2016,43(7):88—95.N A N O J,Q I A N J,Z H O U D Y. Numerical simulation of urban bridge substructures impacted by heavy vehicles ']. Journal of Hunan University (Natrual Sciences),2016,43 (7):88—95. (In Chinese[3] H U G H E S G,B E E B Y A. Investigation of the effect of impact load­ing on concrete beams ']. Structural Engineer, 1982,60(3):45— 52![4] KISHI N,M I K A M I H,M A T S U O K A K G,eta l. Impact behavior ofshear—failure—type R C beams without shear rebar [J ].International Journal of Impact Engineering ,2002,27(9): 955—968.[5] S A A T C I S,V E C C H I O F J. Effects of shear mechanisms on impactbehavior of reinforced concrete beams']. ACI Structural Journal, 2009,106(1): 78—86.[6] F U J I K A K E K,LI B,S O E U N S. Impact response of reinforced con­crete beam and i t s analytical evaluation ']. Journal of Structural Engineering 2009 135(8 :938 950![7]许斌,曾翔.冲击荷载作用下钢筋混凝土梁性能试验研究'].土木工程学报,2014,47(2):41-51.X U B,Z E N G X. Experimental study on the behaviours of reinforced concrete beams under impact loading ']. China Civil Engineering Journal,2014,47(2): 41—51. (In Chinese)[8] 明明.梁冲击下的计算方法'].兵工学报,2006,27(3): 399—405.W A N G M Y, W A N G D R,S O N G C M. A calculation method of re­inforced concrete beam under low velocity impact [J] !Acta Arma- mentarii,2006,27(3): 399—405. (In Chinese)[9] !冲击R C梁的响应理研究[J].工程力学,2015,32(5): 155—161.LIU F L U O Q Z J I ANG Z G! Dynamic response and failure mech­anism of R C beams to low velocity impact J]! Engineering M e-chanics,2015,32(5): 155—161. (In Chinese)[10] KISHI N,M I K A M I H. Empirical formulas for designing reinforcedconcrete beams under impact loading J]! ACI Structural Journal2012,109(4): 509—519.[11] .钢筋混凝土梁抗冲击性能和设计方法研究[J].振动与冲击,2015,34(11):139—145.Z H A O D B YI W J!Anti —impact behavior and design method for R C beams [J]. Journal of Vibration and Shock,2015,34 (11): 139 145!(In Chinese12] J O N E S N! Structural impact M]! N e w York: Cambridge University Press,2011:61—75.[13 ]S Y M O N D S P S,F L E M I N G W T. Parkes revisited: on rigid-plasticand elastic—plastic dynamic structural analysis J]! International Journal of Impact Engineering, 1984,2( 1):1—36.[14] .应对梁冲击响应的影响[J].力学学报,2004,36(2):184—190.X I N G Y F XIE W J Z H U D C! Influence of thickness effects on impact responses of beam J]! Acta Mechanica Sinica 2004 36(2):184—190. (In Chinese)[15] 南!应力中的J] !湖南大学学报(自然学2005,32(1):48—51.T O N G H C H E N G H M L U O S N! W a v e propagation in prestressed concrete with damage [J]. Journal of Hunan University (Natural Sciences) ,2005,32( 1) :48—51. (In Chinese)[16] C O T S O V O S D M. A simplified approach for assessing the load —carrying capacity of reinforced concrete beams under concentrated load applied at high rates J]! International Journal of Impact Engi- neering,2010,37 (8 ):907—917.17] !R C梁冲击理验与变形J].湖南大学学报(自然科学2017,44(1):112—117.H U O J S H U K Y! Failure mechanism of R C beams under impactloading and discussion on prediction methods of residual deflection [J]. Journal of Hunan University (Natural Sciences),2017,44(1): 112—117. (In Chinese)[18] M U R R A Y Y D. User" s manual for L S—D Y N A concrete materialmodel 159 R]! McLean V A Federal Highway Administration2007 3 12!19] P H A M T M H A O H! Behavior of fiber —reinforced polymer —strengthened reinforced concrete beams under static and impact loads [J]. International Journal of Protective Structures,2017,8(1 3 24![20]曾许斌.无腹筋钢筋混凝土梁抗冲击行为试验研究[J]. 土木工程学报,2012,45(9):63—73.Z E N G X X U B! Experimental study on the impact —resistant be­havior of R C beams without shear—resistant rebar J]! China Civil Engineering Journal,2012,45(9):63—73. (In Chinese)[21] YI W L Z H A O D B,K U N N A T H S K. Simplified approach for as­sessing shear resistance of reinforced concrete beams under impact loads[J]. ACI Structural Journal ,2016,113(4) :747—756.[22 ]P H A M T M,H A O H. Plastic hinges and inertia forces in R C beamsunder impact loads J] !International Journal of Impact Engineer­ing 2017 103 111![23] B I GGS J M. Introduction to structural dynamics [M]. N e w York:McGr a w Hill,1964:199—203.。

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