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

1、地震和沖擊荷載等強動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產(chǎn)損失。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震和沖擊荷載等強動力荷載作用下存在的應(yīng)變率效應(yīng)使其動力性能與靜態(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力行為的試驗資料和數(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

2、無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研究數(shù)量仍十分有限，對沖擊過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?；诖耍疚牟捎迷囼灪蛿?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)對鋼筋混凝土柱的動力行為以及沖擊荷載下鋼筋混凝土梁和深梁的動力行為進(jìn)行研究。本文的主要研究工作如下:
　　(1)開展了兩種不同長細(xì)比的

3、鋼筋混凝土長柱快速軸心受壓加載試驗和動力有限元模擬研究，分析了快速加載對不同長細(xì)比的柱動態(tài)承載力及其對應(yīng)的變形的影響，闡述了不同長細(xì)比的軸心受壓柱動態(tài)承載力提高的機制，即快速加載下應(yīng)變率效應(yīng)和慣性效應(yīng)在不同長細(xì)比下的影響規(guī)律。
　　(2)提出了同時考慮應(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力行為的有限元模型。算例分析表明，模擬結(jié)果與試驗結(jié)

4、果吻合良好。通過有限元模型參數(shù)分析，得到了配置箍筋構(gòu)形、箍筋間距和縱筋配筋率對約束鋼筋混凝土短柱在地震作用應(yīng)變率范圍內(nèi)的動態(tài)力學(xué)性能的影響規(guī)律。
　　(3)開展了簡支無腹筋鋼筋混凝土梁的落錘沖擊試驗研究和有限元分析。通過試驗研究重點關(guān)注沖擊錘重、沖擊速度和沖擊能量對梁在沖擊荷載下梁的破壞過程、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)變時程特點?；趹?yīng)變數(shù)據(jù)，推斷出梁在沖擊過程中的彎矩分布及慣性力分布特點，并在

5、此基礎(chǔ)上對單自由度等效模型進(jìn)行了討論。采用LS-DYNA建立了分析無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無腹筋梁的沖擊響應(yīng)的影響規(guī)律。
　　(4)開展了簡支配箍鋼筋混凝土梁的落錘沖擊試驗和有限元模擬。試驗研究了不同沖擊速度、沖擊能量及二次沖擊效應(yīng)對沖擊荷載下的梁抗剪行為的影響，得到了不同參數(shù)影響下梁的破壞過程、破壞模式特點，詳細(xì)分析了沖擊響應(yīng)（包括沖擊力、支座反力和位移時程曲線以及沖擊力-位移曲

6、線和支座反力-位移曲線）的特征?；趯崪y加速度響應(yīng)，分析了沖擊過程中梁的慣性力分布特點，進(jìn)而討論了不同沖擊荷載作用下梁斜裂縫開裂模式差異的機理和梁的抗沖擊承載力評估方法。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力行為的有限元模型，并分析了配箍率對鋼筋混凝土梁的沖擊響應(yīng)的影響規(guī)律。
　　(5)首次開展了簡支鋼筋混凝土深梁的落錘沖擊試驗研究和有限元分析。通過試驗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