碰撞沖擊荷載下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及損傷機(jī)理.pdf

1、近年來，世界范圍內(nèi)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(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡。碰撞事故多涉及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，為揭示碰撞沖擊荷載下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為及損傷破壞機(jī)理，本文以計(jì)算動(dòng)力學(xué)為理論基礎(chǔ)，系統(tǒng)研究了鋼筋混凝土構(gòu)件在碰撞沖擊荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、破壞模式、損傷評(píng)估、防護(hù)加固，以及鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)與船舶碰撞過程中各力學(xué)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(xì)介紹了碰撞沖擊問題的數(shù)值實(shí)現(xiàn)過程。并以彈性桿撞擊為例，驗(yàn)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(dòng)態(tài)響應(yīng)及破壞模式。運(yùn)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(jié)滑移進(jìn)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(zhì)量、初速度、混凝土軸心抗壓強(qiáng)度、縱筋配筋率和箍筋配筋率等參數(shù)對(duì)鋼筋混凝土柱動(dòng)態(tài)響應(yīng)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(zhì)量、初速度的增加都會(huì)不同程度地加劇鋼筋混凝土柱的動(dòng)力響應(yīng)及損傷；在考慮混凝土應(yīng)變率效應(yīng)的情況下，提高混凝土軸心抗壓強(qiáng)度并不能有效降低鋼筋混凝土柱中點(diǎn)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(píng)估。在上述粘結(jié)滑移模型基礎(chǔ)之上

4、，提出了一種基于豎向剩余承載力的損傷評(píng)估準(zhǔn)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(zhì)量、初速度與結(jié)構(gòu)柱損傷度的關(guān)系。結(jié)果表明：剛性球質(zhì)量及速度在較小范圍內(nèi)時(shí)，損傷度的增長速度高于質(zhì)量及速度的增速，且以質(zhì)量和速度同時(shí)增加時(shí)損傷度增長最快；當(dāng)剛性球質(zhì)量及速度達(dá)到一定數(shù)值后，損傷度的增速一般會(huì)低于剛性球質(zhì)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(hù)。針對(duì)復(fù)合截面加固的情

5、形，對(duì)碰撞沖擊荷載作用下鋼筋混凝土柱加固前后的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及損傷進(jìn)行了分析，并對(duì)比了外粘鋼板及外敷泡沫鋁兩種加固措施的抗撞效果。結(jié)果表明：外粘鋼板、外敷泡沫鋁兩種復(fù)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(xué)響應(yīng)及損傷程度；10mm厚的鋼板與40mm厚的泡沫鋁對(duì)鋼筋混凝土柱位移響應(yīng)的減幅基本相當(dāng)，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(jié)構(gòu)船撞過程中各力學(xué)參量的變化規(guī)律。運(yùn)用LS-

6、DYNA對(duì)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(jié)構(gòu)的碰撞過程進(jìn)行了仿真。其中，樁土之間的動(dòng)力相互作用通過接觸算法以及節(jié)點(diǎn)耦合算法來進(jìn)行模擬。給出了兩種不同算法下的船撞力、撞深、船速的時(shí)間歷程及其相互關(guān)系。分析了碰撞過程中各部分的能量轉(zhuǎn)化，以及橋梁下部結(jié)構(gòu)的變形響應(yīng)和應(yīng)力分布。結(jié)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(xiàng)同性強(qiáng)化雙線性彈塑性材料為例，詳細(xì)介紹了LS-DYNA