沖擊和快速加載作用下鋼筋混凝土梁柱構(gòu)件性能試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究.pdf

1、地震和沖擊荷載等強(qiáng)動(dòng)力荷載作用造成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞，從而導(dǎo)致大量的人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震和沖擊荷載等強(qiáng)動(dòng)力荷載作用下存在的應(yīng)變率效應(yīng)使其動(dòng)力性能與靜態(tài)性能存在較大差異。在沖擊荷載下受復(fù)雜的應(yīng)力波傳播和慣性效應(yīng)的影響，結(jié)構(gòu)行為更加復(fù)雜。在地震作用的應(yīng)變率范圍內(nèi)，鋼筋混凝土柱的軸向受壓動(dòng)力行為及考慮箍筋約束效應(yīng)和應(yīng)變率效應(yīng)的鋼筋混凝土柱的動(dòng)力行為的試驗(yàn)資料和數(shù)值分析研究十分缺乏。在混凝土結(jié)構(gòu)抗沖擊性能研究方面，少見(jiàn)

2、無(wú)腹筋梁和深梁的抗沖擊行為研究的文獻(xiàn)，配箍筋鋼筋混凝土梁的在沖擊荷載下的剪切行為的試驗(yàn)研究數(shù)量仍十分有限，對(duì)沖擊過(guò)程中梁的加速度響應(yīng)及其分布變化未進(jìn)行詳細(xì)探討，影響梁的沖擊響應(yīng)的相關(guān)因素（比如配箍率、剪跨比等）的探討還不夠全面?；诖?，本文采用試驗(yàn)和數(shù)值分析研究相結(jié)合的方法，在地震作用的應(yīng)變率范圍內(nèi)對(duì)鋼筋混凝土柱的動(dòng)力行為以及沖擊荷載下鋼筋混凝土梁和深梁的動(dòng)力行為進(jìn)行研究。本文的主要研究工作如下:
　　(1)開(kāi)展了兩種不同長(zhǎng)細(xì)比的

3、鋼筋混凝土長(zhǎng)柱快速軸心受壓加載試驗(yàn)和動(dòng)力有限元模擬研究，分析了快速加載對(duì)不同長(zhǎng)細(xì)比的柱動(dòng)態(tài)承載力及其對(duì)應(yīng)的變形的影響，闡述了不同長(zhǎng)細(xì)比的軸心受壓柱動(dòng)態(tài)承載力提高的機(jī)制，即快速加載下應(yīng)變率效應(yīng)和慣性效應(yīng)在不同長(zhǎng)細(xì)比下的影響規(guī)律。
　　(2)提出了同時(shí)考慮應(yīng)變率效應(yīng)和箍筋約束效應(yīng)的混凝土塑性模型等效單軸受壓本構(gòu)模型，并基于此利用ABAQUS建立了分析約束鋼筋混凝土軸壓短柱在快速加載下動(dòng)力行為的有限元模型。算例分析表明，模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)

4、果吻合良好。通過(guò)有限元模型參數(shù)分析，得到了配置箍筋構(gòu)形、箍筋間距和縱筋配筋率對(duì)約束鋼筋混凝土短柱在地震作用應(yīng)變率范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響規(guī)律。
　　(3)開(kāi)展了簡(jiǎn)支無(wú)腹筋鋼筋混凝土梁的落錘沖擊試驗(yàn)研究和有限元分析。通過(guò)試驗(yàn)研究重點(diǎn)關(guān)注沖擊錘重、沖擊速度和沖擊能量對(duì)梁在沖擊荷載下梁的破壞過(guò)程、典型破壞模式和剪切破壞面的影響，并研究了沖擊力、鋼筋與混凝土應(yīng)變時(shí)程特點(diǎn)?；趹?yīng)變數(shù)據(jù)，推斷出梁在沖擊過(guò)程中的彎矩分布及慣性力分布特點(diǎn)，并在

5、此基礎(chǔ)上對(duì)單自由度等效模型進(jìn)行了討論。采用LS-DYNA建立了分析無(wú)腹筋鋼筋混凝土梁抗沖擊行為的有限元模型，分析了剪跨比、梁頂是否配置縱筋對(duì)無(wú)腹筋梁的沖擊響應(yīng)的影響規(guī)律。
　　(4)開(kāi)展了簡(jiǎn)支配箍鋼筋混凝土梁的落錘沖擊試驗(yàn)和有限元模擬。試驗(yàn)研究了不同沖擊速度、沖擊能量及二次沖擊效應(yīng)對(duì)沖擊荷載下的梁抗剪行為的影響，得到了不同參數(shù)影響下梁的破壞過(guò)程、破壞模式特點(diǎn)，詳細(xì)分析了沖擊響應(yīng)（包括沖擊力、支座反力和位移時(shí)程曲線以及沖擊力-位移曲

6、線和支座反力-位移曲線）的特征?；趯?shí)測(cè)加速度響應(yīng)，分析了沖擊過(guò)程中梁的慣性力分布特點(diǎn)，進(jìn)而討論了不同沖擊荷載作用下梁斜裂縫開(kāi)裂模式差異的機(jī)理和梁的抗沖擊承載力評(píng)估方法。采用LS-DYNA建立了分析沖擊荷載作用下配箍鋼筋混凝土梁動(dòng)力行為的有限元模型，并分析了配箍率對(duì)鋼筋混凝土梁的沖擊響應(yīng)的影響規(guī)律。
　　(5)首次開(kāi)展了簡(jiǎn)支鋼筋混凝土深梁的落錘沖擊試驗(yàn)研究和有限元分析。通過(guò)試驗(yàn)研究了兩種靜載破壞特性的鋼筋混凝土深梁在不同沖擊速度及