沖擊荷載作用下鋼筋混凝土梁響應(yīng)特征及設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中可能會(huì)遭受各種沖擊荷載的作用。作為混凝土結(jié)構(gòu)中最基本的構(gòu)件，鋼筋混凝土梁的抗沖擊性能是土木工程防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域研究的重要課題之一。本文通過(guò)試驗(yàn)、有限元模擬、簡(jiǎn)化模型計(jì)算等方法對(duì)沖擊荷載作用下鋼筋混凝土梁的動(dòng)力行為特征及相關(guān)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究，本文的主要研究工作如下：
　　1.進(jìn)行了一組較小尺寸鋼筋混凝土梁（截面尺寸100mm×250mm）的落錘沖擊試驗(yàn)，研究了沖擊速度和沖擊質(zhì)量對(duì)于梁動(dòng)力抗彎性能的影響。試驗(yàn)中

2、量測(cè)了沖擊力、支反力、跨中位移、縱筋應(yīng)變和混凝土應(yīng)變，并用高速攝像機(jī)記錄了沖擊過(guò)程中的裂縫發(fā)展。試驗(yàn)梁呈現(xiàn)了兩種不同的梁錘接觸區(qū)域破壞模式。隨沖擊速度提高和沖擊質(zhì)量減小，落錘動(dòng)能轉(zhuǎn)化為梁整體變形耗能的比例減小，更多能量消耗在梁錘接觸區(qū)域的局部破壞上。通過(guò)對(duì)本次試驗(yàn)和前人試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，提出了估算沖擊荷載作用下梁體最大撓度的經(jīng)驗(yàn)公式。
　　2.采用非線性動(dòng)力有限元軟件LS-DYNA對(duì)于較小尺寸鋼筋混凝土梁落錘沖擊試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模

3、擬，并利用模擬結(jié)果對(duì)于沖擊過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化進(jìn)行了研究。將鋼筋混凝土梁的沖擊過(guò)程簡(jiǎn)化為雙質(zhì)點(diǎn)模型，并利用該模型進(jìn)行了更廣泛沖擊工況下鋼筋混凝土梁的沖擊響應(yīng)計(jì)算，繪制了可用于彎曲破壞型鋼筋混凝土梁損傷評(píng)估的等損曲線。通過(guò)對(duì)等損曲線的無(wú)量綱化，將其推廣為可應(yīng)用于各種截面尺寸和材料參數(shù)的鋼筋混凝土梁的抗沖擊損傷評(píng)估。
　　3.進(jìn)行了一組較大尺寸鋼筋混凝土梁（截面尺寸200mm×500mm）的落錘沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)變量為梁跨度、配箍率、落錘質(zhì)量

4、和沖擊速度?；谠囼?yàn)結(jié)果對(duì)于鋼筋混凝土梁的剪切破壞形態(tài)和破壞過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)描述，并結(jié)合沖擊力、支反力、跨中位移、鋼筋應(yīng)變等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比較分析了剪切破壞型與彎曲破壞型鋼筋混凝土梁動(dòng)力響應(yīng)的特點(diǎn)?；趯?shí)測(cè)加速度數(shù)據(jù)得到了梁體在沖擊過(guò)程中的動(dòng)態(tài)剪力分布，并分析了應(yīng)力波傳播效應(yīng)對(duì)于梁體抗沖擊響應(yīng)的影響。
　　4.利用LS-DYNA建立有限元模型對(duì)于較大尺寸鋼筋混凝土梁落錘沖擊試驗(yàn)進(jìn)行了仿真分析。并在仿真結(jié)果基礎(chǔ)上研究了梁體在沖擊荷載下的剪力

5、和彎矩分布以及剪切臨界截面上的荷載特性。利用經(jīng)驗(yàn)證的有限元模型進(jìn)行了不同跨度的鋼筋混凝土梁的抗沖擊響應(yīng)分析，進(jìn)一步采用考慮高階振型影響的鐵摩辛柯梁模型分析了梁跨度對(duì)于沖擊前期梁體響應(yīng)的影響機(jī)理。提出了一種考慮應(yīng)力波傳播效應(yīng)的改進(jìn)雙質(zhì)點(diǎn)模型，通過(guò)與不考慮應(yīng)力波傳播效應(yīng)的傳統(tǒng)雙質(zhì)點(diǎn)模型的計(jì)算結(jié)果比較展示了應(yīng)力波傳播效應(yīng)對(duì)于鋼筋混凝土梁抗沖擊響應(yīng)的影響程度。
　　5.根據(jù)有限元計(jì)算得到臨界截面上的荷載特性，采用有效跨度概念建立靜力模型來(lái)