爆炸荷载作用下影响RC梁破坏形态的主要因素分析

在冲击、爆炸等强荷载作用下，钢筋混凝土结构通常是发生弯曲破坏。室内外试验结果表明，当动荷载峰值较大、作用时间较短（脉冲荷载）时，钢筋混凝土结构易发生脆性的剪切破坏，其主要原因是脉冲荷载的高频成份丰富和加载速率高等特点容易激发结构构件中的剪切变形和剪 应力。本文基于Timoshenko梁理论，提出了一种爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁破坏形态的有限差分预报方法，利用该方法分析了荷载加载速率、截面高度、混凝土强度、配筋率等对钢筋混凝土破坏形态的影响规律，并指出，随着荷载升压段加载速率、截面高度、主筋配筋率的增加或混凝土强度的降低，梁的破坏形态从弯曲破坏转变为剪切破坏。     

爆炸荷载下钢筋混凝土梁的变形和破坏

利用爆炸压力模拟器进行钢筋混凝土简支梁爆炸冲击实验,详细介绍了实验设计,通过实验系统分析了钢筋混凝土(RC)梁变形破坏特征以及钢筋作用机理和对变形破坏的影响,并建立了RC梁的分离式有限元模型,利用LS-DYNA分析了实验过程,对计算结果与实验结果进行了比较,分析了误差产生的原因,得到了爆炸冲击荷载作用下RC梁的损伤破坏特征和机理,可为毁伤评估和结构抗爆设计提供参考。     

二次爆炸作用下钢筋混凝土梁动力响应的数值模拟

为了探究钢筋混凝土梁在二次爆炸作用下的毁伤效应,开展了相关数值分析研究：利用LS-DYNA中的流固耦合算法和完全重启动技术,对钢筋混凝土梁二次爆炸试验进行了数值模拟,分析结果与试验结果基本一致,验证了模拟方法和材料模型参数的正确性;在此基础上,对二次爆炸场景进行扩展,对典型足尺钢筋混凝土梁进行建模分析,探究了爆炸场景、混凝土强度、纵筋配筋率和箍筋配筋率对二次爆炸作用下钢筋混凝土梁损伤破坏模式和动力响应的影响。结果表明：由于压力膜效应的存在,在保持爆炸总当量不变的前提下,单次爆炸对钢筋混凝土梁构件造成的损伤比连续两次爆炸造成的累积损伤更严重;提高混凝土强度可以显著提高二次爆炸作用下钢筋混凝土梁的抗爆性能;提高纵筋配筋率对梁抗爆性能的提升效果不明显;而对混凝土梁支座部位采用箍筋加密措施可以降低钢筋混凝土梁在爆炸作用下的剪切破坏程度,提高钢筋混凝土梁在二次爆炸作用下的抗爆性能。进一步计算得到了所涉及二次爆炸场景下两种不同设计参数钢筋混凝土梁的等损伤曲线,建立了相应的损伤程度分区图。     

爆炸荷载作用下弹性与阻尼支承梁的动力响应

为了提高梁的抗爆能力,目前通常是从材料、截面形状等方面考虑．通过在梁端部设置弹性和阻尼支承来提高梁的抗力．为此,应用拉格朗日方程建立了端部弹性与阻尼支承梁的动力方程,通过长作用时间和短作用时间两个爆炸动荷载的典型算例,分析了端部弹性与阻尼支承对梁动态响应的影响,并指出在短作用时间动荷载作用下在梁端部设置弹性与阻尼支承可有效提高梁的抗力．     

钢筋混凝土梁冲击动力响应和破坏模式转化试验研究

随着结构配置和冲击能量等主要影响因素的变化,钢筋混凝土梁的冲击动力响应和破坏模式会发生转化。开展不同配置的钢筋混凝土梁的落锤冲击试验,综合测量获得冲击力、支座反力、钢筋与混凝土应变、冲击局部与结构整体变形等参数,重点分析不同混凝土强度、不同纵筋/箍筋配置以及不同冲击速度对钢筋混凝土梁的动力响应以及破坏模式的影响规律。试验表明：低速撞击下钢筋混凝土梁的位移峰值、残余位移随冲击速度的提高而增大,均与冲击动能与极限静承载力之比存在近似线性关系;混凝土强度越高、纵筋配筋率越高,相同冲击条件下梁所受的撞击力峰值越大,但整体位移响应越小;配箍率的变化对结构的局部响应和整体响应的影响均较小;结构受到撞击时剪切效应在前,弯曲效应在后,斜裂缝先于垂直裂缝出现;依据结构的破坏极限状态,判断梁在冲击作用下存在的弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏和冲切破坏等4种破坏模式,结果表明：相同结构配置条件下,随冲击速度的不断提高,钢筋混凝土梁由弯曲破坏向弯剪破坏、剪切破坏和冲切破坏转化;冲击速度相同时,提高混凝土强度、配箍率或降低纵向钢筋配筋率,梁的破坏模式逐步由冲切、剪切破坏向弯曲破坏模式转化。结构的冲击破坏模式及其转化规律能够为结构的抗撞设计与防护提供参考。     

爆炸冲击荷载作用下柔性支撑梁的弹塑性动力响应分析

利用三次B样条函数的线性组合模拟柔性支撑梁的位移振型函数,根据拉格朗日方程建立了动力计算模型,模型考虑了弹性支撑和阻尼支撑等情况;研究了爆炸冲击荷载作用下柔性支撑对梁动力响应的影响;提出了短时荷载和长时荷载的定量界定建议.分析结果表明:在短时荷载(爆炸冲击持续时间小于简支梁半个自振周期)作用下,弹性支撑可有效降低梁跨中截面的弯矩,从而提高梁的抗爆承载力,且弹性系数越小,减振效果越好;在长时荷载(爆炸冲击持续时间大于简支梁半个自振周期)作用下,弹性支撑的减振效果是有条件的,只有弹性系数较小时才能降低梁的动力效应,若弹性系数超过某一限值,在残余振动阶段会出现振动反弹,反而会降低梁的抗爆承载力,这种情况下加设阻尼支撑,可使结构振动快速衰减,阻尼系数越大,振动衰减越快.     

侧向撞击荷载作用下内八边形空心钢筋混凝土柱的动力响应

相比于实心钢筋混凝土柱,空心钢筋混凝土柱具有自重轻和截面扩展好等优点,被广泛地用作桥墩,由此其不可避免地会受到船舶的撞击。本文中进行6根内八边形空心钢筋混凝土柱和4根内衬八边形钢管空心钢筋混凝土柱的动力响应的实验。在实验中记录了构件破坏形态、撞击力时程曲线和跨中位移时程曲线,并从撞击高度、边界条件和钢板厚度等方面分析了构件的耐撞性能。结果表明:内八边形钢筋混凝土柱和内衬八边形钢管空心钢筋混凝土柱在撞击荷载作用下的破坏形态主要分为两种破坏类型,分别为局部型破坏和整体型破坏;撞击高度越大构件破坏越严重;两端固定对构件的耐撞击性能有提升作用;钢管厚度对构件的耐撞击性能有较明显的提升作用。     

起波配筋RC梁抗爆作用机理及抗力动力系数的理论计算方法

针对钢筋混凝土(RC)梁,提出了一种通过对抗拉纵筋进行局部弯折,形成钢筋起波,从而提高RC梁抗爆能力的高效新方法。结合已有的实验结果和有限元模型计算,分析了起波配筋RC梁的受荷破坏全过程,揭示了其抗爆作用机理。分析结果表明,在RC梁底部适当位置设置纵筋起波,能增大RC梁在爆炸荷载作用下的允许变形,有效吸收爆炸能量,大幅度提高RC梁的抗爆性能。基于能量法,建立了起波配筋RC梁在爆炸荷载作用下的理论计算模型,给出了抗力动力系数的显示计算公式;讨论了平屈抗力比、平弹变形比以及屈弹变形比3个关键设计参数对起波配筋RC梁抗爆性能的影响规律,以便为进一步工程应用提供理论依据。     

梯度蜂窝夹芯板在爆炸荷载作用下的动力响应

利用弹道冲击摆锤系统对分层梯度蜂窝夹芯板在爆炸荷载下的动力响应进行了实验研究,分析了梯度蜂窝夹芯板在爆炸荷载作用下的变形失效模式,并与传统非梯度蜂窝夹芯板的抗爆性能做了对比。通过一维应力波理论,分析了应力波在梯度芯层中的传播规律。应力波透射系数在梯度试件中比非梯度芯层中小,而且相对密度递减的芯层组合有最小的应力波透射系数。综合考虑结构变形失效模式,后面板挠度,芯层压缩量以及应力波传播特点得到：分层梯度蜂窝夹芯板的抗爆性能明显优于传统的非梯度夹芯板,在所研究的荷载范围内,芯层相对密度从大到小排列试件的抗爆性能相对较好。     

弹丸侵彻混凝土的SPH算法

给出了弹丸侵彻混凝土的数值计算,其中弹体作为刚体处理并划分成Lagrangian标准有限元网格,而混凝土划分成光滑粒子并经历大应变、高应变率和高压作用。为了描述混凝土的非线性变形及断裂特性,在计算中引入了Holmquist Johnson Cook本构模型及损伤模型。计算结果与实验结果的对比表明,利用光滑粒子流体动力学方法对混凝土材料进行大应变、高应变率的变形计算是有效的,并可避免网格重分或网格消蚀。此外,将光滑粒子流体动力学方法和有限元方法结合可以保持计算过程中材料界面的清晰。     

粘塑性薄壁管中复合应力波的传播特性研究

以本构关系一般理论为基础,导出了计及材料功硬化效应和应变率硬化效应的粘塑性薄壁管的本构关系及管中复合应力波的控制方程,应用有限差分方法研究了在压扭复合冲击载荷作用下粘塑性薄壁管中复合应力波的传播特性与演化规律,分析了复合应力波的耦合效应以及薄壁管中粘塑性参数和功硬化效应对复合应力波传播与演化规律的影响,并对有关现象进行了分析和解释。     

爆炸载荷作用下铝蜂窝夹芯板的动力响应

为了考察铝蜂窝夹芯板在爆炸载荷下的动态响应,采用自行设计的冲击摆系统,用激光位移传感器测定了爆炸载荷作用在铝蜂窝夹芯板上的冲量,对夹芯板的变形和失效模式进行了归类和分析,并就芯层的几何尺寸、炸药当量及板厚对其响应的影响进行了系统研究。给出的理论分析结果与实验结果吻合较好。     

表面内嵌纤维筋加固混凝土梁破坏模式研究

为研究不同参数下表面内嵌纤维筋加固后T 形混凝土梁的破坏模式, 对5 根不同梁端锚固、FRP(fiber reinforced polymer) 筋表面特征和FRP 筋类型的T 形混凝土梁进行受弯性能试验. 结果表明, 无梁端锚固、光圆GFRP (glass fiber reinforced polymer) 筋和CFRP (carbon fiber reinforced polymer) 筋加固梁试件发生粘结破坏. 梁端锚固和FRP 筋表面特征影响加固梁试件的极限载荷, CFRP 筋加固梁试件的屈服载荷和极限载荷较大. 螺纹FRP 筋和有梁端锚固加固梁试件FRP 筋利用率较高. 因此, 有梁端锚固的表面内嵌螺纹GFRP 筋加固是最为有效的加固方式.     

强冲击载荷作用下钢筋混凝土本构关系的研究

基于复合材料细观思想,通过研究钢筋混凝土代表性体积单元,提出了理想情况下钢筋混凝土本构关系可由混凝土材料粘弹性本构关系与一个依赖于增强钢筋材料特性的常量G的乘积确定的思想;假设损伤只发生在混凝土材料内部,并给出了一般的损伤演化方程.由此得到了单向加筋、正交双向加筋和正交三向加筋混凝土的损伤型动态本构关系.数值拟合表明,理论预示曲线与试验结果曲线吻合良好.     

Diffraction of stress waves by a free or reinforced hole in an orthotropic plate

Photoelastic plates made of an orthotropic material are used to model the dynamic stress state near free and reinforced circular holes under blast loading. The diffraction of stress waves by holes in a thin-walled plate is studied. Experimental data are used to analyze the dynamic stress concentration in a plate with a hole in which quasilongitudinal and quasitransverse waves propagate __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 43, No. 7, pp. 73–78, July 2007.     

FAE爆炸抛撒后云雾液滴尺寸的测量

利用Dobbins激光散射的方法建立了一套测量FAE爆炸抛撒后远场云雾液滴尺寸的测量系统,研究了FAE爆炸抛撒后液滴Sauter平均直径在不同空间位置随时间的变化过程。得出的散射光强以及Sauter平均直径随时间的变化表明,云雾区的液滴Sauter平均直径在固定点随时间的增加呈减小的趋势,而云雾区的宽度和云雾区液滴的Sauter平均直径则随距爆心距离的增加而增加。     

高能量爆磁压缩电流发生器理论分析与实验研究

根据多分支爆磁压缩电流发生器的电路方程,建立了多分支爆磁压缩电流发生器的等效电路模型,并利用该模型优化设计了一种长600mm、直径120mm、总质量10kg且具有高能量输出的爆磁压缩装置8 7A。实验结果表明,8 7A型装置能在360nH电感性负载上产生峰值为512kA的脉冲电流,储能45.8kJ,能量放大90倍。