爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应及破坏机理

方钢管混凝土柱是被广泛采用的组合构件之一。爆炸发生时产生的爆炸冲击波可能会对框架结构内部的方钢管混凝土柱造成严重破坏,然而目前对其动力响应及破坏机理的研究成果相对较少。本文采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应和破坏机理进行了研究分析。建立了方钢管混凝土柱实体有限元模型,其中混凝土采用HJC模型,方钢管采用考虑应变率的塑性随动强化模型,爆炸荷载施加在柱子一侧表面。通过对方钢管混凝土柱的破坏过程的模拟,比较分析了其在不同＂比例距离＂下的动力响应和破坏形式,进而得出方钢管混凝土柱的破坏机理。在爆炸荷载作用下,方钢管对其核心混凝土有一定的约束作用,使其处于复杂应力状态之下,从而使混凝土强度得以提高,塑性和韧性同时得到改善;同时,由于混凝土的存在,延缓了方钢管柱底和柱顶过早地发生局部屈曲。随着＂比例距离＂的增大,柱中水平位移逐渐减小。结果表明,方钢管混凝土柱具有良好的延性、优越的抗爆性能,所提出的破坏机理可供结构抗爆设计的进一步研究参考。     

灌浆套筒连接装配式剪力墙爆炸响应及参数分析

为了研究采用灌浆套筒连接装配式剪力墙结构的抗爆性能,应用显式动力分析软件LS-DYNA建立了现浇剪力墙和装配式剪力墙的有限元模型,对不同爆炸荷载下剪力墙的破坏形态和动态响应进行了模拟分析;扩充影响参数范围,进一步研究了墙体厚度和混凝土强度等级等因素对装配式剪力墙结构抗爆性能的影响。数值分析表明:对于装配式剪力墙,由于坐浆层处存在新旧混凝土的薄弱粘结面,爆炸作用下首先发生破坏,爆炸应力波聚集于坐浆层周围的墙体内部,导致局部发生脆性破坏;现浇剪力墙刚度分布比较均匀,爆炸作用下背爆面的混凝土首先被拉裂,最终发生弯曲破坏;增加墙体厚度、提高混凝土强度等级和改变炸药爆炸位置均可改善装配式剪力墙的抗爆性能。     

爆炸荷载作用下钢柱的动力响应与影响因素分析

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立钢柱有限元模型,模拟爆炸荷载作用下钢柱的动力响应,并对影响钢柱动力响应的主要因素进行数值分析。考虑了不同爆炸荷载、材料失效应变、单元网格密度、柱高、柱截面尺寸和柱承担的轴向压力等参数的影响。通过对钢柱动力响应时程曲线进行分析,研究爆炸荷载作用下钢柱响应特性及其破坏机理;通过分析,得到各参数对其动力响应的影响规律。分析结果表明：增大柱的截面尺寸,能够降低柱跨中水平位移;增大柱截面高度,能有效地提高钢框架柱的抗爆承载力;在钢柱抗爆设计中,应控制其所承受的轴向压力大小,轴压比值不宜超过0.3。     

爆炸荷载下FRP约束钢筋混凝土结构动力响应研究现状

纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer,简称"FRP"）具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳和低导热系数等优点,现已广泛应用于土木工程各领域。针对FRP约束钢筋混凝土结构的抗爆性能,通过综述近年来国内外爆炸荷载下FRP约束钢筋混凝土结构动力响应的研究现状及进展,表明FRP材料的约束对钢筋混凝土结构的抗爆性能有显著的提高作用。此外,从相关理论研究、试验研究和数值模拟3个方面介绍了主要成果。针对现有成果,对爆炸荷载下FRP约束钢筋混凝土结构动力响应研究提出了需要进一步研究和解决的问题,可为后续研究提供一定的参考。     

高强钢绞线网-聚合物砂浆加固钢筋混凝土板的抗爆性能数值分析

为研究高强钢绞线网-聚合物砂浆加固混凝土板的抗爆能力,用混凝土HJC动力本构模型,建立了混凝土板、炸药及考虑空气介质影响的流固耦合有限元计算模型。用动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,对在爆炸荷载作用下加固前、后混凝土板的破坏形态和抗爆性能进行了数值分析。研究结果表明：混凝土板用高强钢绞线网-聚合物砂浆加固后,抗爆炸冲击能力明显提高。当小药量爆炸时,板顶、板底同时加固的效果明显优于板底单一加固;当药量较大时,板顶、板底同时加固的效果与板底单一加固相差不大。     

底框上部砌体结构抗爆性能研究

在GSA标准分析法基础上提出两阶段分析法,采用ANSYS/LS-DYNA建立了一个7层底框砌体结构的三维有限元模型,对爆炸荷载作用下底框砌体结构连续倒塌过程进行模拟。根据爆炸荷载引起的结构局部性破坏,对局部采取适当的防爆抗爆措施防止结构的连续倒塌。通过改变砌体材料的强度等级、纵向配筋率、粘贴玻璃纤维复合材料、粘贴钢板、柱网尺寸、墙体开洞以及底框层数,得到底框砌体结构在爆炸荷载作用下的响应规律和破坏情况以及结构墙体中砌体材料、钢筋的应力和位移随时间的变化规律,为底框砌体结构的防爆设计提供理论基础和有价值的参考数据。     

低周反复荷载下方钢管混凝土框架抗震性能的试验研究

通过对一榀两跨三层的方钢管混凝土组合框架在低周反复荷载作用下的模型试验，深入研究了方钢管混凝土组合框架的滞回性能、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。研究结果表明：方钢管混凝土结构的抗震性能优于混凝土结构。     

往复荷载作用下矩形钢管混凝土压弯构件承载力计算

本文基于往复荷载作用下矩形钢管混凝土压弯构件的实验结果，比较了国内外比较典型的设计规范(程)，包括英国BS5400(1979)、美国ACI318—99(1999)和AISC-LRFD(1999)、日本AIJ(1997)、欧洲EC4(1994)、中国GJB4142-2000(2001)和福建省地方标准(送审稿)，及本文数值方法在计算往复荷载作用下矩形钢管混凝土压弯构件承载力的差异。结果表明，在进行往复荷载作用下矩形钢管混凝土压弯构件承载力计算时，各种计算方法获得的承载力都偏于安全，其中，数值计算结果与实验结果最接近，GJB4142—2000(2001)的计算结果与实验结果吻合程度稍差，ACI318—99(1999)，EC4(1994)和福建省地方标准(送审稿)的计算结果比实验结果约低20％，而BS5400(1979)、AISC—LRFD(1999)和AIJ(1997)的计算结果比实验结果总体上低30％以上。本文结果可供进行矩形钢管混凝土结构设计时参考。     

外部爆炸荷载作用下网壳结构的动力响应及其影响参数分析

运用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件建立了包含网壳杆件、檩托、檩条、铆钉、屋面板在内的精细化K8型单层球面网壳有限元模型,通过选择考虑材料应变率效应的钢材本构关系,采用流固耦合算法并考虑构件相互碰撞影响,对结构在外部爆炸荷载作用下的动力响应进行了数值模拟,获得了TNT炸药当量、爆炸点距离、杆件截面、矢跨比、支承条件、屋面板厚度、屋面荷载及屋面板形式等参数对结构动力响应的影响规律,可为网壳抗爆防护设计提供参考。网壳结构在外部爆炸荷载作用下,随着各参数取值的变化,存在"完好无损、局部凹陷、局部破坏、整体倒塌"四种破坏类型。     

新型方钢管混凝土框架节点抗震性能试验研究

本文介绍了新型方钢管混凝土柱与钢梁节点在低周反复荷载作用下的试验结果,研究了内填混凝土、加劲肋长度和梁柱相对尺寸等对节点抗震性能的影响,并提出了有关的设计建议。     

爆炸荷载下土石坝动力响应特征的数值模拟

土石坝在爆炸荷载下的力学响应是一个非常复杂的力学问题,相关研究甚少。在LS-DYNA软件框架内,以两河口土石坝为研究对象,把坝体材料简化为混凝土、心墙、反滤层与堆石体等4种,用500 kg TNT在坝顶接触爆炸时的瞬态荷载作为荷载源,针对不同材料建立适合于爆炸高加载率特征的本构模型,用数值方法分析了土石坝在潜在爆炸荷载下的破坏与损伤演化规律。结果表明,在爆炸荷载作用下,由于土石坝材料组成的多样性,应力波传播规律异常复杂,土石坝的力学响应呈现出显著的分区特征。     

钢管高性能混凝土压弯构件滞回性能试验研究

考虑钢材强度、混凝土强度、轴压比等参数，进行了18个钢管高性能混凝土试件的试验，分析在往复荷载作用下钢管高性能混凝土荷载-位移关系曲线的特点、构件的轴向变形和抗弯刚度退化情况，并初步探讨往复荷载作用下的钢管高性能混凝土压弯构件承载力。     

ISO-834标准火灾作用后方钢管混凝土构件滞回性能试验研究

研究火灾后钢管混凝土结构的抗震性能，对于合理进行该类结构火灾后的修复具有重要意义。本文通过对6个ISO-834标准火灾作用后方钢管混凝土构件进行往复荷载作用下的荷载-变形滞回性能试验，探讨火灾作用后方钢管混凝土荷载-变形滞回曲线的特点以及刚度退化规律，并对火灾作用后方钢管混凝土压弯构件极限承载力和抗弯刚度计算方法进行了讨论。     

钢管自应力混凝土柱抗震性能试验研究

本文通过对水平反复荷载作用下4根钢管自应力混凝土柱和2根普通钢管混凝土柱的抗震性能试验研究,分析了两种钢管混凝土的荷载-挠度(P-Δ)滞回曲线和骨架曲线特点,从而进一步阐述了轴压比、自应力大小和混凝土强度等因素对钢管混凝土抗震性能的影响。试验结果表明,影响柱抗震性能的最主要因素是轴压比和自应力。随着轴压比的增加,钢管自应力混凝土位移延性系数下降;而自应力的存在不仅提高了反复荷载作用下钢管混凝土的极限水平承载力,同时也使其延性系数得到显著的增加。     

爆炸荷载下桩基竖向动承载力研究

针对地面抗爆工程建设中桩基设计问题,采用动三轴试验、动力有限元方法等手段,开展了爆炸作用下地基土的动力特性及桩基抗爆承载力研究,结果表明桩基竖向极限抗爆承载力为其竖向极限静承载力2倍以上,高于按照现行桩基规范得到的1.25 ～1.5倍范围值,表明将常规抗震设计的办法直接用于抗爆炸冲击荷载的桩基设计时偏保守.     

方钢管混凝土框架在低周反复荷载作用下的非线性有限元分析

本文建立了方钢管混凝土框架结构的三维非线性有限元分析模型,用以研究方钢管混凝土框架在低周反复荷载作用下的抗震性能。该模型考虑了钢与混凝土的粘结滑移作用。通过与方钢管混凝土框架结构在低周反复荷载作用下试验所得的滞回曲线和刚度退化曲线的对比,发现该模型的计算结果较为精确,可以应用于方钢管混凝土框架的结构分析中。同时由试验和有限元分析计算的结果也可以得出结论,方钢管混凝土框架具有较好的抗震性能。     

爆炸荷载作用下海洋平台结构的动力响应分析

采用理想化的压力—时间曲线模拟爆炸冲击荷载,压力—时间曲线为简化的三角形荷载形式。考虑应变率效应对钢材的影响,应用LS-DYNA有限元分析软件,对导管架海洋平台在爆炸冲击荷载作用下的动力响应进行数值模拟和分析,得到了不同峰值爆炸荷载作用下,海洋平台结构上层甲板、中层甲板和立面结构重要节点的动力响应时程曲线。结果表明：上层甲板和中层甲板节点竖向位移的绝对值随着爆炸荷载峰值压力的增大而增大,当爆炸荷载峰值压力为20～70kPa时,节点区域内均处于弹性状态,当爆炸荷载峰值压力为80kPa时,节点区域内进入了塑性状态。立面平台节点的水平位移随着爆炸荷载峰值压力的增大而增大,当爆炸荷载峰值压力为20～80kPa时,节点区域内进入塑性状态。     

冷弯薄壁型钢方钢管混凝土梁的滞回性能试验研究

进行了六片方形冷弯型钢钢管混凝土梁在反复荷载作用下的试验研究和非线性有限元分析,研究不同跨高比和截面宽厚比对冷弯型钢钢管混凝土梁的滞回性能、延性和耗能能力等的影响。结果表明:(1)方型冷弯薄壁钢管混凝土梁的荷载-位移滞回曲线比较饱满,没有明显的捏缩现象,具有很好的延性和耗能能力;(2)跨高比和宽厚比会严重影响方型冷弯薄壁钢管混凝土梁的滞回性能和延性;(3)建立的非线性有限元模型能够预测冷弯薄壁钢管混凝土梁的弹塑性行为和抗震性能,计算结果与实测结果基本吻合,可以进一步应用方型冷弯薄壁钢管混凝土梁的参数影响分析计算。     

反复荷载作用下矩形钢管混凝土树状节点的非线性分析

本文在确定了往复应力作用下钢管混凝土的钢材和核心混凝土的应力-应变关系的基础上,利用纤维杆元模型,有限元模型对钢管混凝土Y形柱和十字形钢梁连接的节点的荷载-位移滞回关系曲线及其骨架曲线进行了计算,并与试验结果进行了比较。结果表明：由纤维杆元模型与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线极为相似,但在峰值荷载后差异较大;由纤维杆元模型和有限元所得的在低周反复荷载作用下滞回曲线也与在反复荷载作用下试验所得的结果相一致。纤维杆元模型能准确地预测节点的弹塑性行为和整体抗震性能,可用于节点滞回性能的非线性参数分析研究。在此基础上研究了方钢管混凝土柱的轴压比,宽厚比及核心混凝土强度对节点受力性能的影响。     

上拔水平力组合荷载作用下混凝土扩展基础承载性能试验

介绍了2个相同尺寸混凝土扩展基础分别在上拔、上拔与水平力组合荷载作用下的室内足尺试验概况,并根据加载过程中的基顶荷载位移、基础主柱纵筋应变、扩大端钢筋和混凝土应变等试验数据,分析了2种荷载工况下混凝土扩展基础的承载变形特性及混凝土裂缝发展规律。结果表明：①上拔和水平力组合荷载作用下,基础上拔荷载位移曲线呈现出两阶段特性,而水平位移曲线随水平力增加近似呈线性增加,水平荷载降低了扩展基础的抗拔承载性能;②上拔和水平力组合荷载作用下,基础主柱横截面部分受拉、部分承压,在基础立柱与底板连接处的拉应力最大,混凝土裂缝未贯穿全截面,而在上拔荷载作用下,混凝土扩展基础主柱全断面受拉,裂缝贯穿全断面。