碰撞沖擊荷載下鋼筋混凝土結構的動態(tài)響應及損傷機理.pdf

1、近年來，世界范圍內的交通碰撞事故及碰撞恐怖襲擊事件頻繁發(fā)生，并造成了一定的經濟損失及人員傷亡。碰撞事故多涉及鋼筋混凝土結構，為揭示碰撞沖擊荷載下鋼筋混凝土結構的動態(tài)響應行為及損傷破壞機理，本文以計算動力學為理論基礎，系統(tǒng)研究了鋼筋混凝土構件在碰撞沖擊荷載作用下的動態(tài)響應、破壞模式、損傷評估、防護加固，以及鋼筋混凝土橋梁結構與船舶碰撞過程中各力學參量的變化規(guī)律。主要研究工作及其成果如下：
　　 (1)從幾何非線性、接觸非線性、材料

2、非線性出發(fā)，詳細介紹了碰撞沖擊問題的數(shù)值實現(xiàn)過程。并以彈性桿撞擊為例，驗證了LS-DYNA程序分析碰撞沖擊問題的可靠性及精度。
　　 (2)研究了碰撞沖擊荷載作用下鋼筋混凝土柱的動態(tài)響應及破壞模式。運用LS-DYNA建立了鋼筋混凝土柱的三維分離式模型，鋼筋與混凝土的連接按粘結滑移進行處理。以剛性球與鋼筋混凝土柱的碰撞沖擊模擬為例，研究了剛性球質量、初速度、混凝土軸心抗壓強度、縱筋配筋率和箍筋配筋率等參數(shù)對鋼筋混凝土柱動態(tài)響應的影

3、響，并分析了沖擊荷載下鋼筋混凝土柱的破壞模式。研究表明：剛性球質量、初速度的增加都會不同程度地加劇鋼筋混凝土柱的動力響應及損傷；在考慮混凝土應變率效應的情況下，提高混凝土軸心抗壓強度并不能有效降低鋼筋混凝土柱中點的水平位移；增加縱筋和箍筋配筋率均能有效提高鋼筋混凝土柱的抗撞能力；沖擊荷載下鋼筋混凝土柱的破壞模式主要包括局部型破壞和整體型破壞。
　　 (3)研究了碰撞沖擊荷載作用下鋼筋混凝土柱的損傷評估。在上述粘結滑移模型基礎之上

4、，提出了一種基于豎向剩余承載力的損傷評估準則，用來判定碰撞沖擊荷載下鋼筋混凝土柱損傷破壞程度，并定性分析了剛性球質量、初速度與結構柱損傷度的關系。結果表明：剛性球質量及速度在較小范圍內時，損傷度的增長速度高于質量及速度的增速，且以質量和速度同時增加時損傷度增長最快；當剛性球質量及速度達到一定數(shù)值后，損傷度的增速一般會低于剛性球質量及速度的增長速率。
　　 (4)研究了碰撞沖擊荷載作用下鋼筋混凝土柱的加固防護。針對復合截面加固的情

5、形，對碰撞沖擊荷載作用下鋼筋混凝土柱加固前后的動態(tài)響應及損傷進行了分析，并對比了外粘鋼板及外敷泡沫鋁兩種加固措施的抗撞效果。結果表明：外粘鋼板、外敷泡沫鋁兩種復合截面加固法均能有效降低碰撞沖擊下鋼筋混凝土的力學響應及損傷程度；10mm厚的鋼板與40mm厚的泡沫鋁對鋼筋混凝土柱位移響應的減幅基本相當，在降低損傷方面10mm厚鋼板的效果優(yōu)于40mm厚的泡沫鋁。
　　 (5)研究了橋梁下部結構船撞過程中各力學參量的變化規(guī)律。運用LS-

6、DYNA對一艘初速度為2.5m/s的2600噸的油輪與某鐵路鋼筋混凝土連續(xù)梁橋下部結構的碰撞過程進行了仿真。其中，樁土之間的動力相互作用通過接觸算法以及節(jié)點耦合算法來進行模擬。給出了兩種不同算法下的船撞力、撞深、船速的時間歷程及其相互關系。分析了碰撞過程中各部分的能量轉化，以及橋梁下部結構的變形響應和應力分布。結果表明：兩種算法得出的船橋碰撞規(guī)律基本一致。
　　 (6)以各項同性強化雙線性彈塑性材料為例，詳細介紹了LS-DYNA