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

合集下载

强冲击荷载作用下混凝土材料动态本构模型

第29卷第3期2008年9月固体力学学报C H IN ESE J OU RNAL O F SOL ID M EC HAN ICSVol.29No.3September2008强冲击荷载作用下混凝土材料动态本构模型3刘海峰1,233　宁建国1(1北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室,北京,100081)(2宁夏大学土木与水利工程学院,银川,750021)摘　要　基于混凝土强冲击荷载作用下的实验研究,以修正Ottosen四参数破坏准则为流动法则,引入损伤,构造了一个塑性与损伤相耦合的动态本构模型用于描述混凝土材料的冲击特性.在该模型中,考虑了引起混凝土材料弱化的两种不同的损伤机制:拉伸损伤和压缩损伤.其中,拉伸损伤是由微裂纹的张开和扩展引起的,通过拉伸应变来控制;压缩损伤相关于微空洞体积分数比的演化,并通过微空洞塌陷引起的压缩应变来控制,由此压缩损伤和拉伸损伤就完全耦合了.通过模型计算模拟结果与实验结果比较发现,随着冲击速度的提高,混凝土的峰值应力显著增加,即混凝土材料的承载能力增大,同时混凝土内部产生显著的塑性变形.模拟曲线与实验曲线拟合良好,因而可以用该模型模拟混凝土材料在强冲击荷载下的动态特性.关键词　混凝土,轻气炮,冲击特性,动态本构模型0　引言混凝土是目前工业与民用建筑中最常用的结构工程材料,已经被广泛地应用于高层建筑物,长跨桥,大坝,水电站,隧道和码头等.这些混凝土结构在其工作过程中除了承受正常的设计载荷外,往往还要承受诸如爆炸,冲击和撞击等动载荷.为了更好地设计和分析这些混凝土结构,必须对混凝土材料在冲击载荷作用下的力学性能及其本构特性进行研究.目前,人们对混凝土材料的动态力学性能已经有了比较深刻的认识和研究,对其动态本构特性也做了许多研究工作.Wat stein[1]利用落锤装置进行了混凝土材料的动态力学性能实验,由于落锤本身的惯性,所测得的实验结果很难确保是材料动态性能的真实反应;Bischoff[2]和胡时胜等[3]利用SHPB 压杆对混凝土的动态力学性能进行了实验研究;商霖等[4,5]利用SH PB压杆和轻气炮动力实验装置分别对混凝土材料和钢筋混凝土材料在冲击荷载作用下的力学性能进行了系统深入的研究.混凝土材料动态本构模型是研究其在爆炸或冲击荷载作用下损伤破坏机理,应力波的传播规律和衰减规律,结构破坏效应等的理论基础.基于对混凝土材料变形机理的分析,混凝土材料动态本构模型分为粘塑性本构模型[6,7]和损伤型本构模型[8,9],但由于缺乏对混凝土材料在冲击荷载作用下破坏机理的全面认识,因此至今仍未有一种大家普遍接受的本构模型.为了更好地描述冲击荷载作用下混凝土材料的动态响应特性,商霖等[4,5]在理想各向同性的粘弹性本构关系的基础上,引入损伤,分别建立混凝土材料和钢筋混凝土材料的动态本构模型,但没有将定义的损伤与材料的微观损伤机制联系起来;宁建国等[10]提出了一个塑性与损伤相耦合的动态本构模型,在该模型中,认为拉伸损伤是由微裂纹的张开和扩展引起的;压缩损伤由微孔洞的塌陷引起,通过混凝土材料的塑性体应变控制,但并没有将这两种损伤有效的耦合起来.本文基于损伤与塑性耦合理论,以修正的Otto sen四参数破坏准则为屈服法则,引入损伤,构造了一个动态本构模型用于描述混凝土材料的冲击特性,利用该模型对混凝土材料在强冲击荷载作用下的冲击特性进行数值模拟,并将该模型的预测曲线与宁建国等[10]提出的本构模型的预测曲线及实验结果进行比较,结果表明:模型预示结果无论在变形趋势上,还是数值精度上都与实验结果符合得很好.3 33国家自然科学基金项目(10625208,10572024)资助.2007209225收到第1稿,2008204204收到修改稿.通信作者. Tel:010*********, E2mail:liuhaifeng1557@.1　本构模型建立1.1　本构关系在小应变的前提下,遵循应变分解假定,将应变的增量可以分解为弹性部分和塑性部分,即εij = εe ij + εpij (1)弹性变形与应力之间满足弹性关系εe ij =M ij kl σkl (2)式中,M ij kl 为柔度张量,假设弹性和塑性之间不存在耦合,则M ij kl 为常张量.M ij kl =12G I ij kl +19Kδijδkl σkl (3)其中,G 和K 为材料的剪切模量和体积模量,与材料的杨氏模量E ,泊松比ν满足下列关系G =E/2(1+ν),　K =E/3(1-2ν) I ij kl 为特殊等同张量I ij kl =I ij kl -δij δkl /3,　I ij kl =(δik δjl +δjkδil )/2将上述表达式代入式(3)得到以ν,E 表示的柔度张量　M ij kl =1E 12(1+ν)(δik δjl +δil δjk )-νδijδkl (4)将式(4)代入式(2),并两边对时间求导得 εeij =1E 12(1+ν)(δik δjl +δil δjk )-νδij δkl σkl(5)将式(5)代入式(1)得 εij =1E 12(1+ν)(δik δjl +δil δjk )-νδij δkl σkl + εpij (6)塑性应变率由下式控制εpij =γ〈<(F )〉5F σij(7)式中,γ为流变系数,F 为屈服函数,采用修正后Ottosen 屈服准则;函数<(F )=(e F -1)m 1,其中m 1为常数;函数〈x 〉定义如下〈x 〉=0,x ≤0x ,x >0将式(7)代入式(6)得 εij =1E 12(1+ν)(δik δjl +δil δjk )-νδij δkl σkl + γ〈<(F )〉5Fσij(8)1.2　Otto sen 屈服法则及其修正Ottosen [11]于1977年研究混凝土材料时提出了如下的四参数破坏准则F (σij )=AJ 2f 2c+λJ 2f c +B I 1f c -1=0(9)其中,f c 为在准静态情况下混凝土的单轴抗压强度;A 和B 为常数;λ=λcos (3θ)>0,其中θ为应力角θ=13arccos 33J 32J 3/22I 1,J 2和J 3分别为应力张量第一不变量,应力偏量第二不变量和第三不变量 I 1=σkk ,　J 2=12s ij s ij J 3=13s ij s jk s ki ,　s ij =σij -13σkkδij 函数δij 由下式定义δij =0,i ≠j 1,i =j根据等边三角形的薄膜比拟法则,可以得到偏平面λ的表达式为λ=1γ=k 1cos arccos k 2cos (3θ)/3, co s (3θ)≥0k 1cos π/3-arcco s -k 2co s (3θ), co s (3θ)<0其中,k 1为尺寸因子,k 2为形状因子,其数值由λt (θ=0)和λc (θ=π/3)来确定.Otto sen 模型中的四个参数k 1,k 2,A 和B 由混凝土的单轴抗拉强度,单轴抗压强度,双轴等压强度和三轴等压强度的数据确定.取双轴等压强度f b c =1.16f c (Kupfer 等)[12];三轴强度ξ/f c =-5和r/f c =4(Balmer 和Richart [13,14]).当f 0=f t /f c 取不同数值时,各参数的变化如表1所示.表1　Ottosen 模型参数表Table 1　Parameter table of Ottosen modelf 0=f t /f cABk 1k 2λt λc λc /λt 0.081.80764.096214.48630.991414.47257.78340.53780.101.27593.196211.73650.980111.71096.53150.55770.120.92182.59699.91100.96479.87205.69790.5772在Ottosen 法则中:当A =0,λ为常数时,Otto 2sen 准则退化为经典Drucker 2Prager 准则;当A =B =0,λ为常数时,Ottosen 准则退化为von Mises 准则;λ为常数时,和Hsieh 2Chen 混凝土弹塑性硬化模型非常相似.同时由于该模型与他人实验数据拟合很好,因此得到广泛应用.・232・固　体　力　学　学　报 2008年借鉴Lemaitre 等[15]提出的三轴等效应力概念,用等效屈服应力Y d 替代式(9)中的f c ,得到如下修正后的Otto sen 屈服法则F (σij )=AJ 2Y 2d+λJ 2Y d +B I 1Y d -1=0(10)等效屈服应力Y d 定义如下Y d =σeq R 1/2ν(11)其中,σeq 为等效应力,σeq =3/2s ij s ij ;R ν为三轴函数,用于揭示静水压力对塑性变形的影响,可以表示如下R ν=23(1+ν)+3(1-2ν)P σeq2(12)冲击荷载作用下,在一维应力条件下σeq 等于动态应力强度σd ,由大量实验研究可知[16218],混凝土材料在高应变率下单轴抗压强度σd 和准静态情况下的单轴抗压强度f c 具有如下关系σd =f c f ( ε)(13)其中,f (ε)为应变率相关函数,目前常见的有幂数型和对数型[16218],本文采用如下形式f ( ε)=H 1(log ε)2+H 2log ε+H 3其中,H 1,H 2和H 3为常数,由实验数据拟合得到.将式(13)代入式(11)得到Y d =23(1+ν)σ2d +3(1-2ν)P 2(14)其中,P 为相应于动态应力强度σd 时的静水压力.2　损伤的引入混凝土各组成部分之间力学性能相差很大,而且内部存在大量的微裂纹和微空洞缺陷.在外荷载的作用下,由于微裂纹和微空洞缺陷的存在,使混凝土的力学性能产生弱化效应,为了表征这种弱化效应,把材料某种程度的弱化定义为损伤D.Lemait re [19,20]应变等价性原理:损伤材料(D ≠0)在有效应力作用下产生的应变与同种材料无损(D =0)时发生的应变等价.根据这一原理,受损材料(D ≠0)应力2应变本构关系可以从无损材料(D =0)的本构方程来导出,只要用损伤后的有效应力来取代无损材料本构关系中的名义应力.即通常所谓的Cauchy 应力σij =σij1-D(15)其中, σij 为有效应力,σij 为名义应力,D 为损伤因子,0≤D ≤1,当D =0时,表示材料无损伤,D =1时,表示材料完全丧失承载能力.用式(15)中 σij 替代式(8)中σij ,得到包含损伤的混凝土本构关系εij1E 12(1+ν)(δik δjl +δil δjk )-νδij δkl ・ σkl (1-D )+σkl D(1-D )2+γ〈<(F 1)〉5F 15σij (16)其中F 1(σij )=AJ 2(1-D )2Y 2d +λJ 2(1-D )Y d +BI 1(1-D )Y d-1由于混凝土内部存在大量的微裂纹和微空洞缺陷,因此损伤D 由两部分引起.一部分是由于混凝土内部微裂纹的张开和扩展引起的,通过拉伸应变来控制,设由于微裂纹引起的损伤部分为D t ;另一部分是由于混凝土内部的微空洞引起的,通过压缩应变来控制,设由于微空洞引起的损伤部分为D c .因此损伤D 为这两部分耦合,为简单计算,设损伤D 为D t 和D c 的线性组合,即D =αD t +(1-α)D c ,α为权重系数,0≤α≤1,α=0表示损伤D 完全由微空洞缺陷引起,α=1,表示损伤D 全部是由微裂纹的张开和扩展引起的.2.1　微裂纹损伤变量的描述2.1.1　微裂纹损伤的定义混凝土内部存在大量随机分布的微裂纹,其大小和尺寸各不相同,在动态和冲击载荷作用下,这些微裂纹被激活,形成应力释放区,并产生累积损伤,导致材料强度和刚度的劣化,并最终开裂破坏.假设这些微裂纹符合理想微裂纹体系统条件,定义宏观损伤D t 为含裂纹材料中单位体积内微裂纹所占的比例,且损伤是不可逆,则D t =V d V=V -V sV, D t ≥0(17)其中,V 是含损伤材料的体积,V s 是体积V 内无损伤部分的体积,V d 是体积V 中微裂纹所占体积.设含微裂纹代表性体积单元内单位体积微裂纹密度分布函数为n,则n d v 表示t 时刻体积在v 2v +d v 范围内的微裂纹数.因此损伤D t 可以表示如下D t =∫∞nv d v (18)其中,v 为单个微裂纹的特征体积,n (a,t )是理想微裂纹体系统中的数密度分布函数,满足下列演化方程5n 5t +5(n a )5t=n N(19)・332・第3期刘海峰等:　强冲击荷载作用下混凝土材料动态本构模型其中,n N为微裂纹的成核率密度, a为微裂纹的扩展速率,对于理想微裂纹系统n N=n N(a,σ(t)), a= a(a,σ(t))对式(18)求导得D t=( D t)g+( D t)n(D t)g=∫∞0n v d v (D t)n=∫∞0n N v d v (20)式(20)表明,损伤变量D t的变化是由裂纹线性尺度的长大和成核两个部分引起的.2.1.2　微裂纹的扩展微裂纹的成核过程是一个随机过程,并用成核率密度n N来描述,其大小与应力状态及微裂纹的尺寸有关,借鉴白以龙[21]给出的如下成核密度表达式　n N=K th σtσth-1aa thm-1exp-aa thm(21)其中,K th,m和a th为材料常数,与材料的性质有关, a为微裂纹的尺寸,σth是微裂纹成核的阈值应力,只有应力σt>σth微裂纹成核,并且扩展,否则保持不变,上述参数均可以通过实验来确定.σt是混凝土内部引起微裂纹损伤演化的拉伸应力,与混凝土外部作用荷载σ不相同,但具有某种函数关系.为简单计算,采用σt=k|σ|,其中k为应力转化因子,表征材料内部微损伤对其内部场的影响.对于压缩情况,k <1;对于拉伸情况k>1,具体取值参见Ortiz 等[22,23]的工作.根据文献[24]裂纹失稳脆性断裂临界条件,可以得到微裂纹损伤演化发展的阈值应力σth=K IC/Yπa th,Y是形状系数,与试件几何形状,载荷条件和裂纹大小,位置等有关系,本文取Y=1;K IC 是材料的断裂韧度,表示材料抵抗裂纹失稳扩展能力的物理量,可以由实验确定.假设混凝土材料内微裂纹是钱币状,则单个微裂纹的特征体积可以表示如下[25]v=βa3(22)其中,β是几何因子,依赖于微裂纹的形状和尺寸.将式(22),(21)代入式(20)第三式得到由于微裂纹成核引起损伤的增加为 (D t)n=3K th σtσth-1・∫∞0a a th m-1exp-a a th mβ2a5d a 当m=1时,上式简化为(D t)n=360K thβ2a6thσtσth-1由于a th为10-3m量级,因此可以忽略微裂纹成核引起的损伤增加,只考虑混凝土原有微裂纹长大引起的损伤增加.王道荣[26]在I型裂纹扩展研究的基础上,提出了如下微裂纹扩展速率的计算公式aa=1-ν22λ1Eπ(σ2t-σ2th)C R(23)其中,λ1为材料单位表面能;C R为瑞利波波速,由下式确定C R=0.862+1.14ν1+νE2(1+ν)ρ其中,ρ为材料密度.其它参数同前.将式(23)代入式(20)第二式得(D t)g=∫∞03nβa3 a a d v= 3(1-ν2)2λ1Eπ(σ2t-σ2th)C R D t(24)代入式(20)第一式得D t=3(1-ν2)2λ1Eπ(σ2t-σ2th)C R D t(25)积分得　D t=D t0exp3(1-ν2)2λ1Eπ(σ2t-σ2th)C R(t-t0)(26)其中,D t0是混凝土材料初始损伤值,t0是裂纹扩展的初始时间.2.2　微空洞损伤变量的描述2.2.1　微空洞损伤变量的定义混凝土内部随机分布了大量的微空洞.在爆炸或冲击荷载作用下,随着微空洞的塌陷,混凝土材料压缩密实,体积模量也相应增大,由此出现了损伤为负值的情况,把这种损伤为负值的损伤称为负损伤D c.假设这些微空洞的分布是均匀的,并以其体积百分比f3(表示为材料孔隙度δ与密度ρ的乘积)作为表征材料内部损伤的度量D c=f3=δρ2.2.2　微空洞损伤演化方程G r jeu等[27]根据质量守恒定律推出了微空洞的演化方程,认为微空洞的演化由材料的体积应变控制.微空洞的扩展方程表示为f3=(1-f3) εkk(27)利用以上演化方程,可得到微空洞体积百分比f3的・432・固　体　力　学　学　报 2008年表示形式f3=1-(1-f30)e-εkk(28)其中,f30(=δ0ρ0)是初始微空洞体积百分比,δ0是混凝土材料的初始孔隙度,ρ0是混凝土材料的初始密度.3　模型参数的确定选用一级轻气炮动力实验装置在200m/s2500 m/s速度范围内冲击混凝土圆柱形靶板,靶板试件应变率响应范围达到了104s-12105s-1,横向约束围压应力范围在1GPa21.5GPa之间.研究中,共做了7发弹体冲击靶板的实验,其中3发实验取到了比较满意的实验信号.飞片和靶板采用同质材料,其原料配比和物理参数见表2和表3.飞片直径为75 mm,厚度为5mm,靶板由5块相同的圆盘形试件组成,试件直径为70mm,厚度为5mm,在圆盘形试件之间安装双螺旋形锰铜压阻传感器(共3个,分别对应于测试点No1,No2,No3),用于记录冲击信号.为了分析方便,取其加载段应变率平均值为实验响应应变率,实验可近似看作是恒应变率的.图12图3为不同冲击速度下混凝土材料应力应变曲线,并与本文提出的本构模型进行了比较,模型参数见表4.表2　混凝土试件组份材料配合比Table2　Composition of concrete specimens组份水泥粉煤灰硅灰砂子水HSG A E 配比/g3005020540100 2.5 2.5表3　混凝土物理参数表Table3　Parameter table of concrete杨氏模量E/GPa 泊松比ν材料密度ρ/kg・m23孔隙度δ0/cm3・g-1410.223500.041表4中,参数k1,k2,A和B由混凝土的单轴拉伸、单轴压缩实验,结合表1确定;参数H1,H2和H3通过对实验数据拟合得到;断裂韧度K IC和λ1取自断裂力学手册;针对不同的加载情况,裂纹成核尺度a th的量级约取为1mm;由于没有相应的微观测试方法,参考文献[28]中岩石材料,混凝土材料初始损伤值D t0的具体取值见表4;参数k可以通过在裂纹・532・第3期刘海峰等:　强冲击荷载作用下混凝土材料动态本构模型扩展阈值应力σth与混凝土材料弹性极限σs之间建立关系,将其粗略求得;屈服参数m1,γ和α通过利用试凑法不断拟合逼近已有实验结果得到.表4　模型参数表Table4　Table of model parameter for concrete屈服参数材料参数m1γλ1/MJ・m-210.010.08状态参数A B k1k21.27593.196211.73650.9801损伤参数K IC/MPa・m k D t0a th/m0.90.40.070.001拟合参数H1H2H3α0.1340.1351.2960.8图12图3为不同冲击速度下混凝土靶板内部在不同的测试点(测试点分别为No1,No2,No3)位置处的模型预测曲线与实验测试曲线的比较,从图中可以看出,模型预示结果无论在变形趋势上,还是数值精度上都与实验结果符合得很好.同时将本文提出的本构模型预测曲线与宁建国等[10]提出的本构模型预测曲线进行了比较,发现本文提出的本构模型预测曲线与实验结果拟合较好.通过对图12图3不同靶板内同一测点处(如测点No1或No2或No3)在不同冲击速度下应力应变曲线的比较发现,随着冲击速度的提高,混凝土的承载能力显著增加,即图中峰值应力增大,相应的峰值应变亦显著增加,即混凝土材料的塑性变形增大.这主要是两方面的原因,一方面由于混凝土材料是率相关材料,受到应变率效应的影响,另一方面由于静水压力相关性的影响,横向的约束压力限制了混凝土材料裂纹的发展.4　结论混凝土材料在冲击荷载作用下的响应是一个非常复杂的过程,不仅涉及了材料内部微结构损伤缺陷的演化发展,而且还涉及了材料应变率敏感效应影响.进行混凝土材料特性研究的时候,不可能将所有的因素都考虑进去,因此必须根据混凝土材料在冲击荷载作用下的宏观现象作了一些假设,以此简化计算.本文基于损伤与塑性耦合理论,以修正Otto sen 四参数破坏准则为屈服法则,引入损伤,发展了一个动态本构模型用于描述混凝土材料的冲击特性,在该模型中,考虑了引起混凝土材料弱化的两种不同的损伤机制:拉伸损伤和压缩损伤.其中,拉伸损伤是由微裂纹的张开和扩展引起的,通过拉伸应变来控制;压缩损伤相关于微空洞体积分数比的演化,并通过微空洞塌陷引起的压缩应变来控制,将总的损伤看成是这两种损伤的线性组合,由此压缩损伤和拉伸损伤就完全耦合了.宏观上,假设混凝土材料是一个均匀连续体;而从细观角度来看,混凝土材料内部则存在了大量随机分布的微裂纹和微空洞等损伤缺陷.假设微裂纹是均匀分布,且符合理想微裂纹体系统条件,定义含裂纹材料中单位体积内微裂纹所占的比例来表征微裂纹损伤所引起的混凝土材料宏观力学性能的劣化.基于裂纹扩展模型,微裂纹被激活、成核并扩展.当累积裂纹达到某一阈值时,混凝土材料发生粉碎性破坏.同时需要考虑微空洞的演化发展,且随着微空洞的塌陷,混凝土材料压缩密实.利用该模型对混凝土材料在强冲击荷载作用下的冲击特性进行数值模拟,并将该模型的预测曲线与宁建国等[10]提出的本构模型的预测曲线及实验结果进行比较,结果表明:该模型预示结果无论在变形趋势上,还是数值精度上都与实验结果符合得更好.因此,可以用该模型模拟混凝土材料在强冲击荷载下的动态特性.参考文献[1]　Watstein D.Effect of strain rate on the compressivestrength and elastic properties of concrete[J].Journalof American Concrete Institute,1953,49(8):7292744.[2]　Bischoff P pressive behavior of concrete athigh strain rates[J].Material and Structure,1991,144(24):4252450.[3]　胡时胜,王道荣,刘剑飞.混凝土材料动态力学性能实验研究[J].工程力学,2001,18(5):1152118.(Hu SS,Wang D R,Liu J F.Experimental study of dynamic・632・固　体　力　学　学　报 2008年mechanical behavior of concrete[J].Engineering Me2chanics,2001,18(5):1152118.(in Chinese))[4]　商霖,宁建国.强冲击载荷下混凝土动态本构关系[J].工程力学,2005,22(2):1162119.(Shang L,NingJ G.Dynamic constitutive relationship of concretesubjected to shock loading[J].Engineering mechan2ics,2005,22(2):1162119.(in Chinese))[5]　商霖,宁建国,孙远翔.强冲击载荷作用下钢筋混凝土本构关系的研究[J].固体力学学报,2005,26(2):1752181.(Shang L,Ning J G,Sun Y X.The constitu2tive relationship of reinforced concrete subjected toshock loading[J].Acta Mechanics Solida Sinica,2005,26:1752181.(in Chinese))[6]　Perzyna P.Fundamental problems in visco2plasticity[J].Advances in Applied Mechanics,1966,9:2432377.[7]　李兆霞.一个综合模糊裂纹和损失的混凝土应变软化本构模型[J].固体力学学报,1995,16(1):22230.(LiZ X.A viscoplastic model combined damage andsmeared crack for softening of concrete[J].Acta Me2chanics Solida Sinica,1995,16:22230.(in Chinese)) [8]　Krajcinovic D,Silva M.Statistical aspects of the con2tinuous damage mechanics[J].International Journal ofSolids and Structures,1982,18:5512562.[9]　Dube J F.Rate dependent damage model for concretein dynamics[J].Journal of Engineering Mechanics,1996,122:9392947.[10]　宁建国,商霖,孙远翔.混凝土材料冲击特性的研究[J].力学学报,2006,38(2):1992208.(Ning J G,Shang L,Sun Y X.Investigation on impacting behav2ior of concrete[J].Chinese Journal of Theoretical andApplied Mechanics,2006,38(2):1992208.(in Chi2nese))[11]　Ottosen N S.A failure criterion for concrete[J].Jour2nal of Engineering Mechanics,1977,103:5272535. [12]　Kupfer H,Hilsdorf H K,Rusch H.Behavior of con2crete under biaxial stresses[J].Journal of AmericanConcrete Institute,1969,66:6562666.[13]　Richart F E,Brandtzaeg A,Brown R L.A study of thefailure of concrete under combined compressive stres2ses[Z].Bulletin No.185,Urbana:University of Illi2nois,Engineering Experiment Station,1928.[14]　Balmer G G.Shearing strength of concrete under hightriaxial stress computation of Mohrs envelope ascurve[R].Report No.SP223,Washington D C:Struc2tural Research Laboratory,1949.[15]　Lemaitre J,Chaboche J L.Aspect phenomenologiquede la rupture par endommagement[J].Journal deMecanique Applique,1978,2(3):3172365.[16]　Abrams D A.Effect of rate of application of load onthe compressive strength of concrete[J].Journal ofAmerican Society for Testing Materials,1917,17:3642377.[17]　Bischoff P H,Perry S H.Impact behavior of plainconcrete in uniaxial compression[J].Journal of Engi2neering Mechanics,1995,121(6):6852693.[18]　Tang T X,Malvern L E,J enkins D A.Dynamic com2pressive testing of concrete and mortar[J].Journal ofEngineering Mechanics,1984,1:6632666.[19]　Lemaitre J.Application of damage concepts to predictcreep fatigue failure[J].Journal of Engineering Mate2rials and Technology,1979,101(1):2022209.[20]　勒迈特J.损伤力学教程[M].北京:科学出版社,1996.(Lemaitre J.A Course on Damage Mechanics[M].Beijing:Science press,1996.(in Chinese)) [21]　白以龙.冲击载荷下材料的损伤和破坏[C]//王礼立,余同希,李永池.冲击动力学进展.安徽:中国科学技术大学出版社,1992:34257.(Bai Y L.Damage andbreakage of material subjected to impact loading[C]//Wang L L,Yu T X,Li Y C.Devolvement of dy2namic mechanic.Anhui:press of University of Scienceand Technology of China,1992:34257.(in Chinese)) [22]　Ortiz M,Popov E P.A physical model of the inelasti2city of concrete[J].Proceeding of the Royal Society,London,Series A,Mathematical and Physical Sci2ences,1982,383:1012125.[23]　Ortiz M,Popov E P.Plain concrete as a compositematerial[J].Mechanics of Material,1982,1:1392150.[24]　王铎.断裂力学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1989.(Wang D.Fracture Mechanics[M].Harbin:Harbin institute of technology press,1989.(in Chi2nese))[25]　Mura T.Micromechanics of defects in solids[M].Dordrecht:Martinus Nijhoff publisher,1987. [26]　王道荣.高速侵彻现象的工程分析方法和数值模拟研究[D].安徽:中国科学技术大学,2002.(Wang D R.Research on numerical simulation and engineering a2nalysis methods of penetration phenomenon at highspeed[D].Anhui:University of Science and Technol2ogy of China,2002.(in Chinese))[27]　G r jeu M,Michel J C,Suquet P.A micromechanicalapproach of damage in viscoplastic materials by evolu2tion in size,shape and distribution of voids[J].Com2puter Methods in Applied Mechanics and Engineer2・732・第3期刘海峰等:　强冲击荷载作用下混凝土材料动态本构模型ing ,2000,183:2232246.[28]　Taylor L M ,Chen E P.Kuszmaul J S.Micro 2crackinduced damage accumulation in brittle rock underdynamic loading[J ].Journal of Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering ,1986,55:3012332.CONSTITUTIVE MODE L OF CONCRETESUBJECTED TO INTENSE IMPACT LOADINGHaifeng Liu 1,2 Jianguo Ning 1(1S tate Key L aboratory of Ex plosive S cience and Technolog y ,B ei j ing I nstitute of Technolog y ,B ei j ing ,100081)(2Civil and hy d raulic Engineering De partment of N ing x ia Universit y ,Yinchuan ,750021)Abstract Based on t he damage and Ottosen failure criterion ,a constit utive model is developed to in 2vestigate t he mechanical behavior of concrete subjected to intense impact loading.Different damage mecha 2nisms such as tensile and comp ressive damage are considered in t his model.Suppose t he tensile damage con 2t rolled by t he tensile st rain is caused by micro 2cracks opening and st retching ,t he compressive damage con 2t rolled by comp ressive st rain is about t he evolutio n of micro 2voids.So t he tensile damage and compressive damage are coupling.Experimental result s indicate t hat wit h t he increase of impact velocity ,t he bearing ca 2pacity and plastic deformation of concrete enhance greatly.A comparison between model p rediction and ex 2perimental result s shows t hat bot h of t hem agree well wit h each ot her.So t he model can be used to simu 2late t he dynamic mechanical behavior of concrete.K ey w ords concrete ,light gas gun ,impact behavior ,dynamic constit utive model・832・固　体　力　学　学　报 2008年。

爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的动态响应行为与损伤破坏机理共3篇

爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的动态响应行为与损伤破坏机理共3篇爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的动态响应行为与损伤破坏机理1爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的动态响应行为与损伤破坏机理爆炸荷载是一种突发的、强烈的动载荷，对钢筋混凝土结构的破坏具有极大的威胁。

在爆炸荷载作用下，钢筋混凝土结构会发生动态响应行为，产生强烈的应力、应变和变形，进而导致结构的严重损伤和破坏。

一般来说，爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的动态响应行为具有以下特征：1. 高频响应：爆炸荷载是一种高频的动载荷，会引起结构的高频振动和响应。

这种高频振动和响应可以导致结构的局部损伤和破坏。

2. 非线性响应：爆炸荷载作用下，钢筋混凝土结构的响应是非线性的，结构的刚度和阻尼特性随着荷载的增加而变化，进而影响结构的响应。

3. 冲击荷载：爆炸荷载是一种冲击荷载，会引起结构的瞬时变形和应力；同时，由于爆炸荷载的瞬时性，结构的响应特征具有一个冲击响应过程。

4. 局部响应：爆炸荷载作用下，钢筋混凝土结构的响应是局部的，即结构的不同部位会受到不同的响应，进而导致结构的局部损伤和破坏。

钢筋混凝土结构在受到爆炸荷载作用下，会发生不同程度的损伤和破坏。

其损伤破坏机理可以分为以下几个方面：1. 压力波作用：爆炸荷载会引起压力波的形成，压力波的强度与荷载的大小和荷载的距离有关。

当压力波传播到钢筋混凝土结构时，会引起结构的瞬时变形和应力，进而导致结构的损伤和破坏。

2. 冲击作用：爆炸荷载是一种冲击荷载，冲击作用会引起结构的瞬时变形和应力，进而使结构发生破坏。

3. 爆炸火焰作用：爆炸火焰作用下，钢筋混凝土结构会受到高温和高热流的影响，进而导致结构的局部破坏和强度降低。

4. 破片作用：爆炸荷载会产生大量碎片和飞溅物，这些碎片和飞溅物对结构的损伤和破坏也具有不可忽视的作用。

总之，钢筋混凝土结构在受到爆炸荷载作用下，其动态响应行为和损伤破坏机理都具有很大的复杂性和多样性。

因此，针对不同的爆炸荷载和结构形式，需要采用不同的分析方法和防护措施，以最大限度地减少结构的损坏和破坏。

强冲击载荷下钢筋混凝土的本构关系、破坏机理与数值方法

强冲击载荷下钢筋混凝土的本构关系、破坏机理与数值方法下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!摘要：钢筋混凝土结构在强冲击载荷下具有复杂的本构关系和破坏机理。

钢筋混凝土结构的动态响应分析

钢筋混凝土结构的动态响应分析一、引言钢筋混凝土结构是建筑工程中常见的结构形式。

在地震、风荷载等外力作用下，结构会出现动态响应，因此对钢筋混凝土结构的动态响应进行分析和研究具有重要意义。

本文分析了钢筋混凝土结构的动态响应分析。

二、钢筋混凝土结构的动态响应1、动态响应的定义动态响应是指结构在外力作用下产生的振动现象。

外力包括地震、风荷载、车辆行驶等。

2、动态响应的原因当外力作用于结构上时，结构系统的每个部分都会因不同的惯性和刚度而产生不同的位移。

在某些情况下，这种位移会导致结构失稳，从而产生破坏。

3、动态响应的分析方法动态响应的分析方法包括有限元法、模型试验法、动力响应谱法等。

其中，动力响应谱法是一种常用的分析方法。

该方法能够根据外力的频率、振幅和相位等参数，确定结构的响应情况。

4、动态响应的影响因素动态响应的影响因素包括结构的刚度、阻尼、质量等。

结构的刚度越大，响应越小；结构的阻尼越大，响应越小；结构的质量越大，响应越大。

三、钢筋混凝土结构的动态响应分析1、动态响应分析的流程钢筋混凝土结构的动态响应分析通常包括以下步骤：建立数学模型、确定外力、求解运动方程、计算结构响应。

2、数学模型的建立数学模型是动态响应分析的基础，其建立需要考虑结构的几何形状、材料性质、边界条件等因素。

常用的数学模型包括二维平面模型、三维模型等。

3、外力的确定外力是动态响应分析的重要因素。

在确定外力时，需要考虑其频率、振幅、相位等参数。

常用的外力包括地震、风荷载、车辆行驶等。

4、运动方程的求解在求解运动方程时，可以采用有限元法、模型试验法、动力响应谱法等方法。

其中，动力响应谱法是一种常用的求解方法。

5、结构响应的计算通过求解运动方程，可以得到结构在外力作用下的动态响应情况。

计算结构响应时，需要考虑结构的各种参数，如刚度、阻尼、质量等。

四、结论钢筋混凝土结构的动态响应分析是建筑工程中的重要研究方向。

通过建立数学模型、确定外力、求解运动方程和计算结构响应等步骤，可以对钢筋混凝土结构的动态响应进行准确的分析和研究。

《冲击载荷下结构拓扑优化设计与动态响应分析》

《冲击载荷下结构拓扑优化设计与动态响应分析》篇一一、引言随着现代工程技术的快速发展，结构拓扑优化设计在冲击载荷下的应用日益受到关注。

结构在承受冲击载荷时，其拓扑优化设计对于提高结构的稳定性和耐久性具有重要意义。

本文旨在探讨冲击载荷下结构拓扑优化设计的方法，并对其动态响应进行分析，以期为相关领域的研究和应用提供参考。

二、结构拓扑优化设计1. 优化目标与约束在冲击载荷下，结构拓扑优化设计的目标是在满足一定的约束条件下，使结构在承受冲击时的性能达到最优。

约束条件包括结构的质量、材料、尺寸等。

优化目标则主要包括结构的动态响应、稳定性、耐久性等。

2. 优化方法针对冲击载荷下的结构拓扑优化设计，常用的方法包括基于均匀化方法的拓扑优化、基于水平集方法的拓扑优化等。

这些方法可以通过数学规划、有限元分析等手段，对结构进行优化设计。

3. 实例分析以某桥梁结构为例，采用拓扑优化方法对其在冲击载荷下的结构进行优化设计。

通过有限元分析，确定结构的应力分布、位移等动态响应参数，进而对结构进行优化设计。

优化后的结构在承受冲击时，其动态响应性能得到显著提高。

三、动态响应分析1. 分析方法动态响应分析主要采用有限元分析方法。

通过建立结构的有限元模型，对结构在冲击载荷下的应力、位移、振动等动态响应进行计算和分析。

2. 分析步骤动态响应分析的步骤包括建立有限元模型、施加冲击载荷、求解动态响应等。

在建立有限元模型时，需要考虑结构的几何尺寸、材料属性、连接方式等因素。

在施加冲击载荷时，需要确定载荷的大小、方向、作用位置等。

通过求解动态响应，可以得到结构的应力分布、位移等参数。

3. 分析结果以某汽车碰撞事故为例，通过动态响应分析，可以得出结构在碰撞过程中的应力分布、位移等参数。

这些参数对于评估结构的稳定性和耐久性具有重要意义。

同时，通过对不同结构方案的动态响应进行比较，可以为结构的优化设计提供参考。

四、结论与展望本文针对冲击载荷下结构拓扑优化设计与动态响应分析进行了探讨。

钢筋混凝土结构的动力响应与稳定性研究

钢筋混凝土结构的动力响应与稳定性研究随着城市化进程的不断加速，钢筋混凝土结构建筑的数量不断增加。

然而，在建筑物遭受自然灾害或人为破坏时，如何保证其结构的动力响应和稳定性成为了一个迫切需要研究的问题。

本文将探讨钢筋混凝土结构的动力响应与稳定性研究。

一、钢筋混凝土结构的动力响应钢筋混凝土结构是一种复杂的多自由度系统，其动态响应包括结构的自由振动和强迫振动两种情况。

自由振动指结构在无外界力作用下的自身振动，而强迫振动则是由外界力引起的结构振动。

1.自由振动在自由振动中，结构的振动频率和振型与结构的固有特性有关。

因为钢筋混凝土结构的固有特性是由其材料和几何形状共同决定的，因此在不同结构材料和形状下，结构的自由振动频率和振型也不同。

自由振动可以用结构的自振序列来描述。

在自由振动的过程中，结构的振幅会不断衰减，最终达到平衡状态。

因此，自由振动的时间相对较短，但是具有较高的动态载荷。

2.强迫振动强迫振动是由外界载荷（如地震、风力等）引起的结构振动。

在强迫振动中，结构的响应频率和振型一般与其自由振动情况不同。

因此，强迫振动引起的结构响应往往更加复杂。

强迫振动的响应取决于结构和外界载荷之间的相互作用。

一般来说，强迫振动的时间相对较长，但是具有较低的动态载荷。

二、钢筋混凝土结构的稳定性研究钢筋混凝土结构的稳定性是指结构在发生变形时，能够保持其结构完整性、不发生破坏的能力。

钢筋混凝土结构的稳定性研究包括结构的承载能力、抗震性能和屈服机制等方面。

1.承载能力承载能力是指结构在最大荷载下的破坏载荷。

与金属结构不同的是，钢筋混凝土结构的承载能力主要取决于混凝土的强度和钢筋的数量和强度。

对于常规钢筋混凝土结构来说，承载能力是通过在材料和几何形状上进行优化设计来提高的。

在不断变化的环境中，承载能力的稳定性对结构的安全性有着至关重要的作用。

2.抗震性能随着地震频繁发生，抗震性能的研究日益受到重视。

钢筋混凝土结构的抗震性能主要取决于其刚度、阻尼和强度。

钢筋混凝土梁冲击动力响应和破坏模式转化试验研究

钢筋混凝土梁冲击动力响应和破坏模式转化试验研究宋春明;钟家和;徐吉威;吴学志;程怡豪【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2024(44)1【摘要】随着结构配置和冲击能量等主要影响因素的变化,钢筋混凝土梁的冲击动力响应和破坏模式会发生转化。

开展不同配置的钢筋混凝土梁的落锤冲击试验,综合测量获得冲击力、支座反力、钢筋与混凝土应变、冲击局部与结构整体变形等参数,重点分析不同混凝土强度、不同纵筋/箍筋配置以及不同冲击速度对钢筋混凝土梁的动力响应以及破坏模式的影响规律。

试验表明:低速撞击下钢筋混凝土梁的位移峰值、残余位移随冲击速度的提高而增大,均与冲击动能与极限静承载力之比存在近似线性关系;混凝土强度越高、纵筋配筋率越高,相同冲击条件下梁所受的撞击力峰值越大,但整体位移响应越小;配箍率的变化对结构的局部响应和整体响应的影响均较小;结构受到撞击时剪切效应在前,弯曲效应在后,斜裂缝先于垂直裂缝出现;依据结构的破坏极限状态,判断梁在冲击作用下存在的弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏和冲切破坏等4种破坏模式,结果表明:相同结构配置条件下,随冲击速度的不断提高,钢筋混凝土梁由弯曲破坏向弯剪破坏、剪切破坏和冲切破坏转化;冲击速度相同时,提高混凝土强度、配箍率或降低纵向钢筋配筋率,梁的破坏模式逐步由冲切、剪切破坏向弯曲破坏模式转化。

结构的冲击破坏模式及其转化规律能够为结构的抗撞设计与防护提供参考。

【总页数】19页(P130-148)【作者】宋春明;钟家和;徐吉威;吴学志;程怡豪【作者单位】陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室;西北核技术研究所【正文语种】中文【中图分类】O383【相关文献】1.爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应和破坏过程分析2.冲击作用下钢筋混凝土深梁动力性能试验研究3.铝合金管多次冲击下的动态响应和破坏模式转化研究4.冲击荷载下钢筋混凝土缺口梁破坏模式的试验研究5.落锤冲击作用下钢筋混凝土短梁响应及破坏试验研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

钢筋混凝土结构的爆破冲击响应分析研究

钢筋混凝土结构的爆破冲击响应分析研究一、前言钢筋混凝土结构在现代建筑中得到广泛应用，但在一些特殊情况下，如地震、爆炸等自然灾害或人为事故中，结构会受到冲击载荷的作用，导致结构受损或崩塌，严重影响人们的生命财产安全。

因此，研究钢筋混凝土结构的爆破冲击响应，对于提高结构的抗冲击能力和保障人们的安全具有重要意义。

二、研究内容本研究主要围绕钢筋混凝土结构的爆破冲击响应展开，具体包括以下几个方面：1.爆炸冲击载荷的特点及对结构的影响；2.钢筋混凝土结构的力学性能及其在冲击载荷下的响应；3.不同类型的钢筋混凝土结构在爆炸冲击下的响应特点及比较分析；4.改善钢筋混凝土结构抗冲击能力的措施及效果分析。

三、爆炸冲击载荷的特点及对结构的影响1.爆炸冲击载荷的特点爆炸冲击载荷是一种强烈的短时载荷，其特点包括冲击波的强烈、冲击时间的短暂、冲击载荷的突然等。

爆炸冲击载荷可以分为直接冲击和间接冲击两种形式，其中直接冲击是爆炸物直接作用于结构表面，间接冲击则是爆炸波通过空气、地面等介质向结构传导而产生的冲击载荷。

2.对结构的影响爆炸冲击载荷对结构的影响主要包括瞬时载荷的作用、结构振动的激励、结构变形的引起以及结构损伤的产生。

其中，瞬时载荷的作用是导致结构在极短时间内受到极大的载荷，超过结构的承载能力，使结构发生破坏或崩塌；结构振动的激励则会增大结构的位移响应，加剧结构受损程度；结构变形的引起则会导致结构内部应力的重新分布，加剧结构的破坏程度。

四、钢筋混凝土结构的力学性能及其在冲击载荷下的响应1.钢筋混凝土结构的力学性能钢筋混凝土结构是一种复合材料，具有较高的抗压、抗拉、抗剪等力学性能。

钢筋混凝土结构的力学性能主要取决于混凝土和钢筋的性质，其中混凝土的强度、破坏形式、变形特性等是影响结构响应的关键因素。

2.在冲击载荷下的响应钢筋混凝土结构在冲击载荷下的响应主要表现为结构的振动、应力分布的变化以及结构的破坏。

在爆炸冲击载荷下，结构的振动响应会导致结构内部应力的重新分布，加剧结构的破坏程度；同时，由于冲击载荷的突然性和短暂性，结构内部存在冲击波的传播，导致结构的应力波动加剧，进一步加剧结构的破坏程度。

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。

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。

钢筋混凝土梁的动态响应与地震反应分析

钢筋混凝土梁的动态响应与地震反应分析钢筋混凝土梁是建筑结构中常见的承载元件，对于其动态响应和地震反应的分析具有重要意义。

本文将对钢筋混凝土梁的动态响应和地震反应进行分析，并探讨其影响因素和防护措施。

首先，钢筋混凝土梁的动态响应主要包括自振频率、振型和振动幅值等内容。

自振频率是指梁在自由振动状态下的振动频率，与梁的几何尺寸、材料性质以及支撑条件等有关。

振型是指梁在振动中不同位置的变化规律，通常采用模态分析方法来求解。

而振动幅值则是描述梁振动强度的指标，可通过模态分析或数值仿真等方法得出。

这些动态响应参数的分析能够为工程设计提供重要的参考依据。

其次，地震反应是指梁在受到地震作用时的响应行为。

地震是一种强烈的动力作用，会引起建筑结构的剧烈振动，因此对于钢筋混凝土梁的地震反应分析具有重要意义。

地震反应的分析可以采用响应谱法或时程分析法。

响应谱法通过地震响应谱与结构特性的相互作用计算结构的地震反应，具有简便快捷的优点。

而时程分析法则是通过数值模拟结构在地震作用下的运动过程，可以更准确地描述结构的动态响应。

这些分析方法的使用需要考虑梁的几何形状、材料性质、支承条件以及地震作用的强度等因素。

在分析钢筋混凝土梁的动态响应和地震反应时，需考虑以下几个影响因素：1. 梁的几何形状和尺寸：梁的几何形状和尺寸对其自振频率有直接影响。

一般情况下，梁的自振频率与其长度成反比，与截面面积的开平方成正比。

因此，在进行动态响应和地震反应分析时，需要准确考虑梁的尺寸对结果的影响。

2. 材料特性：钢筋混凝土梁的材料特性，如混凝土强度、钢筋的类型和数量等会影响其自振频率和振动幅值。

不同材料的性质会影响梁的刚度和阻尼，进而影响梁的动态响应。

3. 支承条件：梁的支撑条件对其动态响应和地震反应有着显著影响。

不同的支承方式会改变梁的位移约束和刚度，进而影响梁的自振频率和响应模态。

在地震反应分析中，支承条件也会直接影响梁的地震反应。

4. 地震作用强度：地震作用强度是指地震力的大小，一般以加速度表征。

混凝土动态力学响应原理分析

混凝土动态力学响应原理分析一、引言混凝土作为一种广泛应用的建筑材料，其抗力特性和动态力学响应特性一直是建筑结构设计和安全评估的重点研究问题。

在地震、风灾等自然灾害和交通、机械等人为因素的作用下，混凝土结构会产生动态响应。

因此，深入研究混凝土结构的动态力学响应原理，对于建筑结构的抗震性能和安全性评估有着重要的意义。

二、混凝土动态力学响应的基本原理1.混凝土的力学特性混凝土结构在受到外力作用时，其变形和应力状态随着时间的变化而发生变化，因此需要考虑混凝土的弹性和塑性变形特性。

混凝土的弹性模量相对于钢材较小，其复合材料的刚度和强度也较低，但具有较好的耐久性和防腐性能。

混凝土的塑性变形特性表现为混凝土的应力-应变曲线为非线性的，其极限承载力和应变硬化特性是进行动态力学响应分析的关键。

2.混凝土的动力响应混凝土结构在受到外力作用时，会产生振动，其动力响应特性与结构的质量、刚度、阻尼等因素密切相关。

在动力响应分析中，需要考虑混凝土结构的共振频率和振动模态，以及结构的阻尼特性。

同时，还需要研究混凝土结构在动力荷载作用下的破坏机制和失稳特性，以及结构的动态响应特性对应力和应变状态的影响。

3.混凝土结构的动态响应分析方法混凝土结构的动态响应分析方法主要包括传统有限元方法、非线性动力分析方法、频域分析方法和时域分析方法等。

其中，传统有限元方法主要适用于小振幅的动力响应分析，非线性动力分析方法适用于大振幅的动力响应分析和结构的破坏机制研究，频域分析方法主要适用于周期性荷载下的动力响应分析，时域分析方法则较为全面地考虑了结构的非线性特性和动态响应特性。

三、混凝土结构的动态响应特性分析1.共振频率和振动模态混凝土结构的共振频率和振动模态是结构动力响应分析的基础。

在共振频率下，结构的振动幅度和应力状态会发生明显变化，因此需要在结构设计中避免共振频率的出现。

振动模态是指结构在不同共振频率下的振动形态，与结构的几何形状和材料特性密切相关。

钢筋混凝土结构的动态响应分析

钢筋混凝土结构的动态响应分析一、引言钢筋混凝土结构是现代建筑工程中最常见的结构形式之一。

在自然灾害和人为因素的影响下，钢筋混凝土结构的动态响应特性是工程设计和安全评估中必须考虑的重要因素。

本文旨在介绍钢筋混凝土结构的动态响应分析方法，包括数值模拟、实验测试和结构健康监测等方面，以期为工程实践提供参考。

二、数值模拟1. 动力学方程钢筋混凝土结构的动力学方程可以通过有限元方法求解。

其中，结构的质量、刚度和阻尼是影响动力学方程的重要因素。

在数值模拟中，需要对结构的材料和几何特征进行建模，包括构件的截面形状、尺寸和材料特性等。

同时，还需要考虑结构的初始状态和边界条件，如荷载、支座刚度和约束条件等。

2. 数值模拟方法数值模拟方法包括有限元法、边界元法、离散元法等。

其中，有限元法是最常用的方法。

有限元法将结构分成若干个小单元，每个单元的动力学方程可以用矩阵形式表示。

通过组合所有单元的矩阵方程，可以得到整个结构的动力学方程。

有限元法还可以考虑非线性效应，如材料非线性、几何非线性和接触非线性等。

3. 数值模拟软件常用的数值模拟软件包括ANSYS、ABAQUS、LS-DYNA等。

这些软件具有强大的模拟功能，可以模拟各种不同类型的结构和荷载。

此外，这些软件还可以进行预处理、求解和后处理等操作，方便工程师进行模拟分析。

三、实验测试1. 弹性测试弹性测试是钢筋混凝土结构动态响应特性的基础测试方法。

弹性测试可以测量结构的频率、阻尼和刚度等参数。

在弹性测试中，往往采用冲击法或自由振动法。

冲击法是将结构施加一定的冲击荷载，通过测量结构的振动响应来确定结构的动态特性。

自由振动法是将结构从初始位置释放，通过测量结构的自由振动响应来确定结构的动态特性。

2. 断裂测试断裂测试是钢筋混凝土结构在极限荷载下的动态响应测试方法。

在断裂测试中，施加超过结构承受能力的荷载，通过观察结构的破坏过程和测量结构的动态响应特性来确定结构的极限承载能力。

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。

冲击荷载对混凝土结构的破坏实例分析_陈奇

S
B E * A * h / 1.15* 0.2 6 *
2 0 S S
E
* / 1 3.5* f '

根据混凝土规范，受弯构件在荷载标准组合时：
B M
M
K
K
/ ( M q * ( 1) M K ) * B S
:计算标准组合弯距值:
M ;计算永久组合弯距值
18
陕西建筑
2013年8月总第218期
冲击荷载对混凝土结构的破坏实例分析
陈奇1 贠作义2 （1.西安建工集团有限公司，2.西安建筑科技大学土木工程学院）
摘要：高层钢筋混凝土结构在承受冲击荷载时，可能对结构造成大的损坏，在国内外对冲击荷载的研究基础上，结合工程实例对冲击荷载作用下混凝土结构的相应进行研究，以方便工程人员在处理检测数据时使用。关键词：混凝土结构；冲击荷载；动荷因数
陕西建筑对比计算结果和实测数据发
2013年8月总第218期便，按计算结果进行加固，可保证结构的安全性（2）根据对工程实际工程的计算结果对比，在计算冲击荷载转化为静力荷载检测计时，简支梁模型更符合实际情况。（3）动荷因数的选取给工程检测人员对冲击荷载造成的破坏检测计算提供了
现：实测数据变形小于计算结果，说明结构在受冲击荷载后，有部分的弹性变形恢复。受拉钢筋应力大于钢筋的屈服应力，钢筋可能已经屈服，影响安全使用性能。 3.结论与展望通过对实际工程的观测，对比理论计算结果，可以得到以下结论：起拱值。将冲击荷载乘以动荷因数计算结果如表2所示表2：框架梁变形计算结果（1）将冲击荷载转化为拟静力荷载，没有考虑结构的弹性恢复，荷载对结构的响应会被放大，但对于结构的检测计算方

混凝土结构在强震作用下的动力响应分析

混凝土结构在强震作用下的动力响应分析一、引言强震是一种破坏性极强的自然灾害，对建筑物的安全性能提出了更高的要求。

混凝土结构是一种常用的建筑结构形式，其在强震作用下的动力响应分析是保证其安全性能的重要手段。

因此，本文将对混凝土结构在强震作用下的动力响应进行分析。

二、混凝土结构的动力特性混凝土结构的动力特性是指其在强震作用下的振动特性。

混凝土结构的动力特性受到多个因素的影响，包括结构形式、材料特性、结构尺寸等。

其中，结构形式是影响混凝土结构动力特性的最重要因素之一。

三、混凝土结构的强震作用强震对混凝土结构的影响主要表现在结构的振动和破坏两个方面。

由于混凝土结构具有较好的抗震性能，因此其在一定程度上能够承受一定的震动，但当震动强度超过一定范围时，混凝土结构就会发生破坏。

因此，在进行混凝土结构的动力响应分析时，必须考虑到其在强震作用下的破坏机理。

四、混凝土结构的动力响应分析方法混凝土结构的动力响应分析方法包括静力分析法、动力分析法和模型试验法。

其中，动力分析法是对混凝土结构动力响应分析最为常用的方法。

（一）有限元法有限元法是一种常用的动力分析方法，其基本思想是将结构分成若干个小单元，用微分方程描述每个小单元的运动规律，然后通过求解微分方程组得到结构的响应。

有限元法可以考虑结构的非线性特性，因此适用于复杂结构的动力响应分析。

（二）谐波响应分析法谐波响应分析法是一种基于结构谐波振动特性的动力分析方法。

其基本思想是通过求解结构的谐波振动方程得到结构在谐波激励下的响应。

谐波响应分析法适用于周期性荷载作用下的结构动力响应分析。

五、结论混凝土结构在强震作用下的动力响应分析是保证其安全性能的重要手段。

混凝土结构的动力特性受到多个因素的影响，包括结构形式、材料特性、结构尺寸等。

在进行混凝土结构的动力响应分析时，必须考虑到其在强震作用下的破坏机理。

有限元法和谐波响应分析法是对混凝土结构动力响应分析最为常用的方法。

钢筋混凝土结构的振动响应分析

钢筋混凝土结构的振动响应分析钢筋混凝土结构一直以来都扮演着重要的角色，其在建筑领域中应用广泛。

然而，随着建筑结构的高度和规模的增加，其受到的振动荷载也越来越大，对结构的安全性和稳定性提出了更高的要求。

因此，对钢筋混凝土结构的振动响应进行分析与研究具有重要意义。

首先，对于钢筋混凝土结构振动响应的分析，我们需要了解结构的固有振动频率。

结构的固有振动频率是指结构在没有外力作用下，自由振动的频率。

它取决于结构的质量、刚度和形状等因素。

通过计算结构的固有振动频率，可以更好地了解结构的振动特性，为后续的振动响应分析提供依据。

其次，钢筋混凝土结构的振动响应与结构的抗震性能密切相关。

当结构受到地震等外力作用时，其会发生振动，形成振动响应。

振动响应分析可以帮助我们评估结构的抗震性能，并进一步优化结构设计。

通过使用动力学分析方法，结合地震波输入，可以计算出结构在地震作用下的位移、加速度等参数，从而评估结构的安全性。

此外，钢筋混凝土结构的振动响应还与结构的振型和阻尼特性等因素相关。

振型是指结构在某一特定频率下振动时的形态，不同的振型会对结构的响应产生不同的影响。

阻尼是指结构能够吸收和耗散能量的能力，阻尼特性对结构的振动响应具有重要影响。

因此，在振动响应分析中，需要考虑结构的振型和阻尼特性，并进行相应的计算和优化。

最后，钢筋混凝土结构的振动响应分析也具有一定的复杂性和挑战性。

结构的非线性和时变性质，以及材料的非线性行为，都会对振动响应产生影响。

此外，结构存在的不确定性和灵敏度问题也是需要考虑的因素。

因此，在进行振动响应分析时，需要借助建模与仿真技术，结合实测数据和理论计算，进行综合分析和评估。

总的来说，钢筋混凝土结构的振动响应分析是一个复杂而又重要的问题。

通过对结构的固有振动频率、抗震性能、振型和阻尼特性等因素的分析，可以更好地了解和评估结构的振动行为。

这对于提高结构的抗震能力、保障结构的安全性具有重要意义。

未来，在结构振动响应分析的研究中，我们仍然需要进一步深化对结构动力学特性的认识，开发更精确、高效的分析方法，并结合实际工程应用，不断完善钢筋混凝土结构的振动响应分析体系，推动建筑领域的发展。

连续冲击下钢筋混凝土板的动态响应分析

连续冲击下钢筋混凝土板的动态响应分析
李茂苗;刘宇航;方先慧;邓嘉瑞;李俊
【期刊名称】《新型建筑材料》
【年(卷),期】2024(51)2
【摘要】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。

【总页数】5页(P28-32)
【作者】李茂苗;刘宇航;方先慧;邓嘉瑞;李俊
【作者单位】昆明理工大学建筑工程学院;中建三局总承包公司;中国水利水电十四局;核工业西南物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TU375.2
【相关文献】
1.爆炸冲击载荷作用下双层钢板混凝土板与钢筋混凝土板动态响应对比研究
2.钢筋混凝土梁在冲击波与破片联合作用下的动态响应分析
3.CFRP加固钢筋混凝土板爆
炸冲击作用下动力响应分析的数值模拟4.基于一阶zigzag理论的软芯复合夹层板冲击载荷下的动态响应分析
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

混凝土在高速冲击下的力学响应研究

混凝土在高速冲击下的力学响应研究混凝土是一种常见的建筑材料，具有较好的强度和耐久性。

然而，当受到高速冲击时，混凝土的力学响应将会发生变化，这对于建筑物的安全性和抗震能力具有重要意义。

本文将从混凝土在高速冲击下的力学响应角度展开研究。

一、高速冲击的定义和影响高速冲击是指物体在高速运动过程中与其他物体或障碍物相撞的过程。

高速冲击会引起物体的变形、破坏和失效，对于建筑物、交通工具等领域具有重要意义。

高速冲击对混凝土的影响主要表现在以下几个方面：1. 引起应力波传播，导致混凝土受力变化，进而影响混凝土的损伤和破坏。

2. 由于高速冲击的短暂性和瞬间性，混凝土容易发生惯性效应，导致其变形和损伤。

3. 高速冲击会引起混凝土内部微观结构的变化，导致其物理和化学性质发生变化，影响混凝土的性能。

二、混凝土的力学响应混凝土的力学响应主要包括应力、应变和变形等方面。

在高速冲击下，混凝土的力学响应会发生变化，导致其强度和耐久性下降。

下面将分别从应力、应变和变形三个方面进行分析。

1. 应力响应在高速冲击下，混凝土受到的应力会发生变化，主要表现为以下几个方面：（1）冲击波传播：高速冲击会引起应力波在混凝土中的传播，导致混凝土受到冲击波的作用。

（2）动态应力增强：由于高速冲击的瞬间性和短暂性，混凝土受到的应力增强，容易引起混凝土结构的破坏。

（3）应力波反射和折射：由于混凝土的密度和结构不均匀性，应力波在混凝土中的传播会发生反射和折射现象，导致混凝土受力变化。

2. 应变响应在高速冲击下，混凝土的应变响应也会发生变化，主要表现为以下几个方面：（1）应变率增加：由于高速冲击的瞬间性和短暂性，混凝土受到的应变率增加，容易引起混凝土结构的变形和损伤。

（2）应变非线性：在高速冲击下，混凝土的应变呈非线性响应，容易引起混凝土结构的破坏。

（3）应变局部化：由于混凝土的结构不均匀性，应变在混凝土中会发生局部化现象，导致混凝土的损伤和破坏。

3. 变形响应在高速冲击下，混凝土的变形响应也会发生变化，主要表现为以下几个方面：（1）变形率增加：由于高速冲击的瞬间性和短暂性，混凝土受到的变形率增加，容易引起混凝土结构的变形和损伤。