冲击荷载作用下有限元方法求解波动过程的精度研究

研究了用动力有限元求解瞬态波动过程中产生的高频振荡和波形畸变的原因，提出了提高计算精度的有效方法及相应的确定单元尺寸及时间步长的方法。计算结果表明，作者提出的方法能有效地提高冲击荷载下波动问题求解精度。     

冲击荷载与火灾联合作用下SFRC梁的力学行为

为了探究冲击荷载与火灾联合作用下钢纤维混凝土(steel fiber reinforced concrete, SFRC)梁的力学性能,联合应用高性能落锤试验系统、四点弯曲实验装置与装配式电炉开展了4根SFRC梁的冲击实验与高温恒载实验,观察了其破坏模式并记录了跨中位移和钢筋应变的时程曲线,探讨了冲击损伤SFRC梁的抗火性能。此外,在实验研究的基础上,考虑材料的应变率强化效应及温度软化效应,建立数值模型,首先对梁进行冲击加载模拟,并以冲击模拟结果为初始状态,采用热-力“顺序”耦合方法,对冲击加载与高温恒载联合作用下SFRC梁的力学行为进行了三维宏观有限元数值模拟。同时,考虑混凝土内部结构非均质性的影响,采用类似步骤,开展了细观模拟。宏/细观模拟结果与实验结果的良好吻合验证了本文数值方法的合理性与有效性,并体现了细观方法的优越性。研究发现,冲击能量较小时,SFRC梁在冲击荷载作用下,尽管局部混凝土开裂,梁整体残余变形较小,抗火性能有一定程度的下降;随着钢纤维掺量增大,混凝土基体抗剪强度增大,SFRC梁在冲击荷载作用下的开裂形态由弯剪裂缝并存向以弯曲裂缝为主转变;冲击损伤SFRC梁在高温恒载作用下裂缝分布较为集中,且发生脆性破坏。     

反复荷载下型钢再生混凝土组合柱粘结性能研究

为研究反复荷载下型钢再生混凝土组合柱粘结性能,对17个组合柱进行了拟静力试验。重点分析型钢翼缘应变分布特征,利用粘结应力计算公式获取型钢翼缘粘结应力大小及其分布规律。在此基础上,分析组合柱粘结破坏机理和位移荷载循环次数对其粘结应力的影响规律,并给出粘结应力退化率计算公式。研究结果表明:反复荷载作用下型钢再生混凝土组合柱粘结应力分布规律基本呈抛物线状;柱中部附近的粘结应力最大,柱上下端粘结应力分布复杂,需对这三个部位采取相应的措施以保证型钢与再生混凝土之间的粘结强度;位移循环荷载作用下粘结强度逐渐降低,出现粘结应力退化现象。研究结论可为型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供理论参考。     

圆钢管型钢再生混凝土组合柱滞回性能非线性有限元分析

基于圆钢管型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载试验研究,采用OpenSees软件对该组合柱进行了滞回性能数值分析,获取了组合柱的滞回曲线及抗震性能指标,并与试验结果进行了比较,验证了组合柱数值模型的合理性。在此基础上,对组合柱的滞回性能开展了参数影响分析。结果表明：再生骨料取代率从0增大到100%,组合柱的峰值荷载下降了7.78%,延性略有降低;提高再生混凝土强度、型钢强度及圆钢管强度,对于提升组合柱的承载力及刚度是有利的,但却使组合柱的脆性增大;随着轴压比的增大,组合柱的承载力呈现先上升后下降的趋势,而延性逐渐变差;型钢配钢率从5.54%增至9.99%,组合柱的峰值荷载提高了24.34%,但对于改善组合柱的延性不明显;增大钢管壁厚对组合柱的承载力和延性均是有利的。     

冲击荷载下钢筋混凝土梁的性能及损伤评估

基于落锤冲击试验,通过数值模拟研究钢筋混凝土梁在冲击荷载下的抗冲击性能和损伤机理。针对冲击荷载局部效应明显和持时短暂等特点,提出基于截面损伤因子的损伤评估方法;采用参数分析方法研究了箍筋间距、边界条件、冲头形状和面积以及冲击位置对钢筋混凝土梁的动态响应和损伤程度的影响。结果表明：基于截面的损伤评估方法能够比较直观地描述梁体损伤沿长度方向的分布;端部的固支约束可以有效地改变钢筋混凝土梁的耗能机制,并能提高梁的抗冲击承载潜力;冲击位置会直接影响梁体的裂缝分布和破坏模式;碰撞接触面积和冲头形状也对梁的损伤分布具有一定的影响。

     

车辆荷载作用下桥梁动力效应的研究

本文用有限元理论，研究了在车辆荷载作用下桥梁结构动力响应问题，考虑了多轴及多个车辆作用于多种支承条件下的桥梁，文中用超单元法建立车辆荷载的运动方程：用三次插值函数建立桥梁结构的运动方程；然后利用振型叠加，对桥梁结构的运动方程进行坐标变换，再选用逐步积分法进行求解。     

大挠度扁壳在冲击荷载作用下的弹塑性动力响应

已经发表了不少求解大挠度壳体的动力问题的论文。它们大多分别集中于以有限元法求解和以近似方法求解并分别得到了不少问题的数值解。然而,将这两种方法结合起来,发挥各自的所长,以往讨论得不多。 本文提出了一种基于影响函数的方法与平面问题有限元法的混合方法来求解扁壳的弹塑性动力响应。这一方法将由大挠度引起的面内位移,壳体的初曲率都转化为等效荷载,以平面问题有限元法求解出这些等效荷载下的应力作为等效应力。在考虑了塑性区三维扩展的情况下,用修正的J2增量理论求出有硬化时的壳体塑性等效荷载。对于不同类型和数值的荷载及不同性质的材料,本文进行了数值计算,退化之后的计算结果与已有文献的结果相互吻合。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应及破坏形态分析

对基于Timoshenko梁理论建立的非线性动力有限元法作了改进。根据压区理论得到混凝土的平均剪应力和平均剪应变关系,建立了能反映箍筋的抗剪作用的材料模型;此外,对结构在爆炸荷载作用下可能出现的各种响应现象进行了描述,以准确地预测梁破坏时不同位置截面上钢筋和混凝土的受力、变形及破坏情况。应用改进的材料模型,对爆炸荷载作用下的五个钢筋混凝土试验梁的动力响应和破坏形态进行了数值模拟,结果表明,该数值方法能较好地模拟钢筋混凝土梁的弯曲、弯剪和剪切等破坏形态。     

侧向冲击载荷下钢管混凝土结构的动力响应及参数分析

采用刚塑性结构模态分析法和数值模拟方法,对侧向冲击载荷作用下的圆截面钢管混凝土结构进行了塑性动力分析。将钢管混凝土等效为刚塑性地基梁模型,给出了钢管混凝土构件跨中侧向变形的模态解析解,得到了冲击载荷作用下影响结构最终侧向变形的无量纲参数。利用ABAQUS/Explicit软件建立了钢管混凝土结构在侧向冲击作用下的动态响应数值模型并进行了计算分析,将理论预测值和数值模拟结果与试验结果进行了交叉对比。结合量纲分析和数值模型对影响构件最终变形的几何、物理参数及初始冲量进行了分析。结果表明：理论预测值和数值模拟结果与试验结果吻合较好,结构的塑性变形与理论假定的塑性铰分布一致。构件几何参数中,长径比和径厚比对其侧向最终变形有较大影响;冲击头相对宽度可改变构件的变形模态;相比于几何参数,钢管和混凝土芯层的物理参数对构件跨中挠度的影响较小;结构的侧向变形与初始冲量成二次幂相关。最后给出了理论分析参数的适用范围。刚塑性响应模态解可较好地预测钢管混凝土结构在侧向冲击载荷作用下的塑性变形行为。

     

钢筋再生混凝土梁徐变性能试验研究

为揭示钢筋再生混凝土梁的徐变性能,通过三种持荷水平下9根钢筋再生混凝土梁试件的徐变(徐变应变与徐变挠度)对比试验,分析了钢筋再生混凝土梁徐变与时间的相关关系,研究了加荷幅值、初始变形(初始应变、初始挠度)等因素对钢筋再生混凝土梁徐变性能的影响规律,揭示了钢筋再生混凝土梁的徐变机理。研究结果表明:在45%极限荷载水平的持续作用下,钢筋再生混凝土梁总徐变挠度值为初始挠度值的62%左右,并且在前期发展较快,7d发展至总徐变挠度值的64%左右,后期变缓;钢筋再生混凝土梁徐变随着施加荷载幅值、初始变形的升高而有所增加。经历徐变过程后的钢筋再生混凝土梁,其承载性能有所下降,变化趋势为总徐变值越大,降低的幅度也越大。     

钢筋混凝土梁振动特性参数与损伤状况关系的数值仿真研究

基于分离式有限元理论,分别建立了存在钢筋混凝土局部松脱等多种形式损伤的钢筋混凝土梁横向弯曲振动力学模型,利用此模型能够计算各种损伤梁的固有频率等振动特性参数。对这些振动特性参数与各种损伤的状况之间的关系进行了数值仿真研究。提出固有频率可以作为钢筋混凝土梁损伤定性辨识的指标;针对不同的损伤形式,位移模态振型、曲率模态振型和剩余模态力向量是对局部损伤位置敏感的振动特性参数,可以利用敏感参数的绝对残差向量进行局部损伤的定位辨识;敏感参数绝对残差向量的范数与损伤程度具有良好的单调性关系,可以作为局部损伤定量辨识的指标。     

用多微段变刚度杆单元分析钢筋混凝土斜拉桥的非线性地震响应

预先确定斜拉桥的弹塑性区域,把包含多微段平面变刚度梁单元推广应用于大跨度斜拉桥的非线性地震响应分析,用微段的刚度变化模拟钢筋混凝土的弹塑性性能,对双塔单索面钢筋混凝土斜拉桥进行了考虑几何非线性和材料非线性的地震响应分析,编制了相应的弹塑性分析程序,并与Huges单元分析结果进行了比较。结果表明:本文方法能较好地模拟在强震作用下钢筋混凝土斜拉桥的非线性性能,可以在大跨斜拉桥的非线性地震响应分析中应用。     

钢纤维增强钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力塑性极限分析

根据试验研究结果以及钢纤维混凝土的应力应变关系特点，确定了钢筋、混凝土以及钢纤维混凝土的屈服条件，建立了钢纤维增强钢筋混凝土梁斜截面破坏模型，运用塑性分析方法推导出斜截面受剪承载力计算公式的塑性解，并提出塑性解中系数μ1和μ2的计算公式。计算结果表明，该塑性解考虑了钢纤维混凝土层厚、剪跨比和混凝土强度等主要影响因素，而且通过调整钢纤维混凝土层厚，使提出的塑性解的计算公式适用于普通钢筋混凝土梁、钢筋钢纤维增强部分混凝土梁和钢筋钢纤维增强全截面混凝土梁的斜截面承载力计算，且与试验结果符合较好。     

子弹冲击下TiNi固支梁的结构动态响应特性研究

采用改装的霍普金森压杆装置结合数值模拟对伪弹性TiNi合金固支梁的结构动态响应特性进行了研究。结果表明,在子弹冲击下,撞击点和固定端附近首先发生相变,并随着载荷增加,进一步产生相变铰,梁演变为二杆铰接机构。由于轴力作用,此处相变铰为拉伸侧的单边铰。与传统塑性铰不同,卸载后相变铰完全消失,梁回复原状没有残余变形。此外,对固支边界条件的实现及其对实验结果的影响进行了专门研究。     

光弹性贴片法研究钢纤维活性粉末混凝土断裂性能

采用预制裂缝的三点弯曲试件,应用光弹性贴片法研究了不同纤维掺量活性粉末混凝土RPC200的断裂性能.实验获取了光弹贴片所显示的裂缝扩展全过程,由光弹性条纹分析了不同纤维掺量试件的初裂荷载及临界有效裂缝长度的变化规律.实验表明,利用光弹性贴片法可以有效的获取钢纤维混凝土裂缝扩展的全过程;随着钢纤维掺量的增加,试件的初裂荷载和峰值荷载得到相应提高,且峰值荷载呈近似线性的增加;当纤维掺量为1%时,临界有效裂缝长度值最大;纤维掺量继续增加,其分布均匀性下降,试件的韧性降低,临界有效裂缝长度减少.     

接触爆炸作用下钢板钢纤维钢筋混凝土遮弹层设计方法(II)

在试验分析基础上 ,采用单自由度体系模型 ,此模型考虑了在钢纤维钢筋混凝土组合板局部破坏时 ,钢纤维的抗拔作用、钢筋的抗剪、钢板薄膜力作用和柔性土介质的耗能等主要影响因素。给出了能够用于钢板 钢纤维钢筋混凝土遮弹板接触爆炸下的极限设计分析的实用方法。     

基于微分求积法的钢筋混凝土梁静力分析

采用广义微分求积法(GDQM)对钢筋混凝土(RC)梁进行了准静力分析,得到了其抗静载的强度特性．首先,基于虚功原理导出了考虑钢筋和混凝土材料的非线性的RC梁准静力分析控制微分方程,并根据广义微分求积法对其离散,从而得到有限自由度的非线性代数方程组,进而采用Newton-Raphson迭代求解格式,建立了荷载增量法数值分析模型．其次,通过本文GDQM与有限元法分析结果比较,表明了新建算法的正确性;与有限元法的收敛性对比表明本文算法较有限元法有优越性．     

Studies on Stress Transference Mechanism of Steel Fibre Reinforced Concrete

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＨｏｗｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｏｎａｎｄｍｏｄｕｌｅｏｆｓｔｅｅｌｆｉｂｒｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ (ＳＦＲＣ)ｄｅｐｅｎｄｓｏｎｉｔｓｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｉｓａｐｒｉｎｃｉｐａｌｐｒｏｂｌｅｍｔｏｐｒｅｄｉｃｔｍａｃｒｏ＿ｍｅｃｈａｎｉｃｓｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳＦＲＣ,ｔｈｅｋｅｙｃｏｎｓｉｓｔｓｉｎｔｈｅｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ .Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｓｔｒｅｓｓｔｒａｎｓｆｅ…     

杆弹侵彻钢纤维混凝土实验研究

采用DOP实验方法,进行了35CrMnSiA杆弹对不同钢纤维体积含量的钢纤维混凝土的侵彻实验.分别研究了杆弹着速和钢纤维体积含量对钢纤维混凝土杭侵彻性能的影响.实验表明,随着弹速增加,不同钢纤维含量的钢纤维混凝土侵彻深度都会增加,但钢纤维混凝土中弹体便深增加较素混凝土缓慢;而钢纤维能增强混凝土的抗侵彻性能,且随钢纤维体...