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钢筋混凝土梁抗力函数的落锤实验研究

钢筋混凝土梁抗力函数的落锤实验研究

作者：汤福静国防科学技术大学

学位级别：硕士

近年来一系列低强度局部战争和恐怖爆炸袭击事件的发生给重要经济、军事和民用建筑的抗爆设防提出了迫切的需求和挑战。钢筋混凝土结构因其优异的力学性能和较高的质量密度成为当前建筑结构抗爆设计的首选，研究钢筋混凝土梁、板、柱等... 详细信息

近年来一系列低强度局部战争和恐怖爆炸袭击事件的发生给重要经济、军事和民用建筑的抗爆设防提出了迫切的需求和挑战。钢筋混凝土结构因其优异的力学性能和较高的质量密度成为当前建筑结构抗爆设计的首选，研究钢筋混凝土梁、板、柱等结构构件及整个结构在偶然极端强冲击载荷作用下的动力响应，对于当前建筑结构的抗爆安全设计具有重要的理论意义和工程价值。由于等效简化单自由度（SDOF）方法的概念清晰、简单实用等特点，使其在建筑物构件抗爆性能分析中成为国际上目前最常用方法。等效简化单自由度算法的一个关键难点是抗力函数的确定。目前，抗力函数主要由静力学理论分析和实验获取。采用静力学方法来获得建筑物构件的抗力函数是一种比较自然的作法，但是却不能反映构件的动力学特征，比如应变率效应。本文探索采用落锤加载的方法实现动态冲击载荷，通过测量落锤和构件的加速度和位移，结合等效单自由度理论，直接获取构件的动力学抗力函数，并确定其屈服点。文中首先建立了集中冲击载荷作用下钢筋混凝土梁的等效简化单自由度模型，根据系统运动微分方程提出采用落锤实验获取抗力函数的方法;然后利用非线性动力学有限元程序AUTODYN对落锤冲击加载钢筋混凝土梁的动力学过程进行了仿真研究，对实验方案进行了细致设计;最后通过落锤实验获取了自制钢筋混凝土梁构件的抗力函数，确定了屈服点的等效弹性极限位移和等效屈服抗力，并与静力学理论计算结果进行了比较，说明了实验方案的合理性和可行性。

关键词：钢筋混凝土梁 SDOF 抗力函数落锤实验

结构可靠度分析非线性抗力函数线性化问题的研究

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大连理工大学学报 1986年第1期 79-84页

作者：陈慰如大连工学院工程结构教研室

本文研究了非线性抗力函数线性化处理方法，以简化极限状态方程代替实际极限状态方程对可靠度分析的影响。文中以钢筋混凝土两种实际构件为例，用实际极限状态方程作了可靠度计算，并与简化方程作了对比分析．

关键词：结构可靠度抗力函数可靠指标

集中荷载作用下四边简支双钢板混凝土组合板的力学性能研究

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工程力学 2022年第3期39卷 158-170,192页

作者：赵唯以高泽鹏王琳陈沛涵青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 北京航空航天大学北航学院北京100191

根据5组33片四边简支双钢板混凝土组合板的试验结果,将组合板的变形模式归纳为弯曲变形模式和冲切变形模式,推导其抗力和刚度的理论计算式,提出能够描述组合板受力全过程的抗力函数模型,并通过现有试验和数值模拟结果验证模型的准确性... 详细信息

根据5组33片四边简支双钢板混凝土组合板的试验结果,将组合板的变形模式归纳为弯曲变形模式和冲切变形模式,推导其抗力和刚度的理论计算式,提出能够描述组合板受力全过程的抗力函数模型,并通过现有试验和数值模拟结果验证模型的准确性。基于该模型研究含钢率、材料强度、连接件布置等参数对组合板变形模式和耗能能力的影响,结果表明:含钢率和钢板强度对SC板的极限承载力和耗能能力影响较大,而混凝土强度的影响很小;为了充分利用钢板的力学性能,应合理限制含钢率和钢板强度,或加强连接件布置保证组合作用;不同的设计参数可能导致不同的变形模式和破坏顺序,设计中应针对具体的需求对设计参数加以优化。

关键词：双钢板混凝土组合板变形模式刚度抗力函数耗能能力

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聚脲加固砖填充墙抗爆性能的试验和分析方法研究

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爆炸与冲击 2022年第7期42卷 124-135页

作者：许林峰陈力李展岳承军东南大学爆炸安全防护教育部工程研究中心江苏南京211189 陆军工程大学江苏南京210007

为了掌握聚脲喷涂加固砖填充墙的抗爆特性,基于一种改进的大型爆炸试验装置,开展了聚脲加固框架砖填充墙的原型爆炸试验,分析了爆炸荷载作用下加固砖墙的动力响应特征和破坏过程及模式,揭示了其失效破坏机理。研究结果表明,聚脲加固可... 详细信息

为了掌握聚脲喷涂加固砖填充墙的抗爆特性,基于一种改进的大型爆炸试验装置,开展了聚脲加固框架砖填充墙的原型爆炸试验,分析了爆炸荷载作用下加固砖墙的动力响应特征和破坏过程及模式,揭示了其失效破坏机理。研究结果表明,聚脲加固可大幅提升填充墙构件的抗爆性能,显著增加填充墙构件的变形延性;加固砖墙受爆炸荷载作用发生振动的过程其体系刚度不断变化,最高相差133%;随着比例距离降低,加固砖墙的破坏模式逐渐由弯曲破坏转为剪切破坏,聚脲厚度超过6 mm可以有效限制局部剪切破坏现象;基于砖墙和聚脲涂层的抗力函数建立的理论计算模型,可以较为准确地预测爆炸作用下背爆面加固双向砖墙的正向位移响应过程。

关键词：聚脲砖墙抗爆试验体系刚度抗力函数

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钢板混凝土复合梁在爆炸荷载作用下的损伤评估研究

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振动与冲击 2016年第4期35卷 42-48,66页

作者：田志敏章峻豪江世永后勤工程学院土木工程系重庆401311 总参工程兵科研四所北京100036

为满足钢板混凝土复合梁爆炸损伤评估的实际需要,完成了钢板混凝土复合梁与钢筋混凝土梁承载性能的比较试验,研究了两种梁的承载性能与破坏特点,获得了二者的抗力试验曲线、抗弯变形限值及抗力函数。基于钢板混凝土复合梁的等效单自由... 详细信息

为满足钢板混凝土复合梁爆炸损伤评估的实际需要,完成了钢板混凝土复合梁与钢筋混凝土梁承载性能的比较试验,研究了两种梁的承载性能与破坏特点,获得了二者的抗力试验曲线、抗弯变形限值及抗力函数。基于钢板混凝土复合梁的等效单自由度运动方程,采用数值求解方法,得出了评估其在爆炸荷载作用下破坏状态的超压-冲量(P-I)等损伤曲线。研究结果表明:钢板混凝土复合梁的承载力、变形限值、临界超压以及临界冲量比钢筋混凝土梁的都要高,前者的抗爆性能更好。

关键词：钢板混凝土复合梁变形限值抗力函数 P-I曲线临界超压临界冲量

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采用起波钢筋对拉连接件的双钢板混凝土组合板的静力性能研究

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采用起波钢筋对拉连接件的双钢板混凝土组合板的静力性能研究

作者：高泽鹏青岛理工大学

学位级别：硕士

双钢板混凝土结构(SC结构)作为钢-混凝土组合结构的典型代表,主要是由双层钢板、内部混凝土和连接件组成的。在工作中SC结构充分发挥了钢板和混凝土的优势,为建筑安全提供了强有力的保障。工程结构在服役期间可能会遭到意外冲击荷载的作... 详细信息

双钢板混凝土结构(SC结构)作为钢-混凝土组合结构的典型代表,主要是由双层钢板、内部混凝土和连接件组成的。在工作中SC结构充分发挥了钢板和混凝土的优势,为建筑安全提供了强有力的保障。工程结构在服役期间可能会遭到意外冲击荷载的作用,为了降低冲击荷载对SC结构的损伤,提高SC结构在冲击作用下的变形耗能能力,本文提出了一种新型的连接件形式——起波钢筋连接件(KR连接件),运用KR连接件良好的变形性能来提高SC结构的在冲击荷载作用下的耗能能力。为了充分了解KR连接件的力学性能及其在SC结构中的所发挥的重要作用,本文将针对其静力性能开展研究,借助ABAQUS有限元软件建立相应的有限元模型,通过数值模拟、参数分析及理论推导揭示KR连接件的拉伸性能及其对SC板静力性能的影响,为之后开展KR-SC板的抗冲击性能研究奠定一定的基础。本文的主要内容包括以下几个方面:(1)运用ABAQUS有限元软件,设计建立了21个在混凝土包围下KR连接件的单元体拉伸模型,考虑了KR连接件的起波角度、起波长度和直径对其拉伸性能的影响。模拟结果表明,增大KR连接件的起波角度和起波长度,都使得试件拥有更大的位移储备,从而提高其拉伸性能。增大连接件的直径,使得试件在拉伸过程中最大拉力、极限位移都随之增大,从而提高了试件整体的拉伸耗能能力。(2)建立了24个四边简支KR-SC板的静力加载模型,分析了KR连接件的起波角度、直径和布置间距对KR-SC板静力性能的影响。结果表明:KR-SC板的破坏分为弹性段、弹塑性段、强化段和失效段四个阶段。在SC结构中布置KR连接件时应合理考虑其起波角度、布置间距和直径,使连接件的性能完全发挥。当连接件性能完全发挥时,起波角度为45°时,KR-SC板静力性能最优,30°次之,60°最差。同时,连接件直径越大,间距越密,KR-SC板的耗能效果越好。(3)根据KR-SC板破坏时的不同表现,结合前人开展的SC板的试验研究及模拟,将SC结构的变形模式分为弯曲变形模式和冲切变形模式。对其不同变形模式做出相应的描述,根据其变形特点提出相应模式的抗力函数模型,并针对模型的关键节点推导抗力及刚度的计算式,计算结果与有限元模拟结果符合较好,验证了该抗力函数模型的准确性。

关键词：双钢板混凝土组合结构起波钢筋静力性能耗能能力抗力函数

强爆炸载荷下钢筋混凝土构件毁伤破坏的快速算法研究

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强爆炸载荷下钢筋混凝土构件毁伤破坏的快速算法研究

作者：蔡镇清国防科技大学

学位级别：硕士

建筑构件的抗爆研究是一个研究热点,钢筋混凝土（RC）构件在现代建筑中获得了广泛的应用,具有一定的代表性。当前面临的主要问题是如何科学合理的实现建筑中诸多不同RC构件响应和破坏模式的快速评估。等效单自由度（SDOF）方法因其科学... 详细信息

建筑构件的抗爆研究是一个研究热点,钢筋混凝土（RC）构件在现代建筑中获得了广泛的应用,具有一定的代表性。当前面临的主要问题是如何科学合理的实现建筑中诸多不同RC构件响应和破坏模式的快速评估。等效单自由度（SDOF）方法因其科学、合理且概念清晰的特点,在工程抗爆快速评估领域有广泛的应用。当前,SDOF方法在抗力函数的计算上存在两个不足:一个是理论只能给出有限情况下（如约束形式、载荷形式、配筋形式等）的抗力函数;再者是给出的抗力函数通常因RC材料的高度非线性而不够准确。基于SDOF方法上述两个不足,本文基于数值模拟和机器学习方法建立了抗力函数预测模型,同时研究得到了基于SDOF方法的P-I曲线快速生成算法。本文的主要工作内容如下:（1）研究了剪力墙构件数值模拟的方法,并得到了其典型的三种破坏模式。同时,研究得到了基于数值模拟的构件抗力函数提取方法。（2）采用数值模拟方法对建筑中常用尺度范围内的剪力墙构件进行了抗力提取,并基于机器学习方法采用BP神经网络进行训练,得到了一个误差在5%左右的抗力函数预测网络;分析了影响抗力函数的因素,得到了适用于本文抗力函数问题的网络结构及参数。（3）建立了构件考虑弯曲破坏和直剪破坏的SDOF模型。研究得到了基于功能关系,力学概念清晰、计算高效的P-I曲线生成方法。综上,本文研究给出了 RC构件基于SDOF方法的用于快速评估的P-I曲线,在保留SDOF方法快速的基础上,同时保证了一定的精度,对建筑构件的快速评估算法设计上有重要的参考意义。

关键词：单自由度方法抗力函数 RC构件 BP神经网络 P-I曲线

冲击作用下单钢板混凝土组合板的力学性能研究

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冲击作用下单钢板混凝土组合板的力学性能研究

作者：庞庆宏青岛理工大学

学位级别：硕士

单钢板混凝土组合板(Half-SC板)作为钢-混凝土组合结构的一种形式,因其具有优异的抗冲击性能和承载能力,在桥梁、核电站、高层建筑等重要基础设施中得到了广泛应用。结构在投入使用阶段除承担正常的恒、活荷载外,还可能会受到意外冲击... 详细信息

单钢板混凝土组合板(Half-SC板)作为钢-混凝土组合结构的一种形式,因其具有优异的抗冲击性能和承载能力,在桥梁、核电站、高层建筑等重要基础设施中得到了广泛应用。结构在投入使用阶段除承担正常的恒、活荷载外,还可能会受到意外冲击作用的威胁。在SC结构的设计中如未充分考虑冲击作用的影响,可能会造成严重的人员伤亡和财产损失。因此,进行Half-SC板的动力响应和抗冲击性能研究,对于保证结构物的安全性能具有重要意义。目前对Half-SC结构的研究较少且大都侧重于面外弯剪性能,本文将通过有限元数值模拟和理论分析并重的方式结合现有试验对Half-SC板的抗冲击性能和剩余承载能力进行了研究,主要研究内容如下:(1)利用现有冲击试验,采用有限元软件LS-DYNA建立了落锤低速冲击作用下的单钢板混凝土组合板数值模型,结合已有的试验数据验证了模型的准确性,分析了冲击物质量、冲击速度、钢板厚度、混凝土抗压强度、钢筋网屈服强度及直径等因素对Half-SC板动态响应的影响规律。结果表明冲击速度对Half-SC板位移响应的影响最为显著,冲击物质量和钢板厚度次之,混凝土抗压强度最小。另外,改变钢筋网直径及屈服强度会对板的位移响应产生不同程度的影响;通过增加钢板的厚度,Half-SC板的主导变形模式将由局部变形向整体弯曲变形过渡。(2)根据试验和有限元结果分析表明,Half-SC板在冲击作用下的破坏过程可分为弹性受力、混凝土冲切开裂、水平钢筋断裂三个阶段;分析了不同冲击能量下Half-SC板各部件的耗能情况,结果表明随着冲击能量的增加,混凝土耗能占比逐渐减少,钢板耗能占比越来越高。(3)提出了Half-SC板的抗力函数模型,并推导了Half-SC板的抗力和刚度计算式,确定了板的抗力函数关键点的计算方法,得出了考虑应变率效应的可以直接用于计算分析的理论模型。分别采用等效单自由度法(SDOF法)、双自由度法(TDOF法)预测了Half-SC板的动态响应,计算结果与试验以及参数分析结果符合良好;利用简化能量守恒法(EM法)计算了Half-SC板的最大挠度,计算结果相对偏大但是可以接受。(4)建立了Half-SC板静力加载以及剩余承载力的数值模型,经过对比验证了模型的准确可靠性,进一步研究了钢筋网直径和钢板厚度等因素对板剩余承载力的影响规律。结果表明增加钢板厚度更能有效地提高板的剩余承载能力。随着Half-SC试件损伤程度的加剧,板的抗力呈现出一定的衰减规律,通过拟合得到了冲切开裂抗力、极限抗力与冲击能量的函数关系。

关键词：单钢板混凝土组合板动态响应有限元模拟抗力函数剩余承载力