基于声发射技术的高强全珊瑚钢筋混凝土板破坏特性研究

为了探究全珊瑚钢筋混凝土板破坏特性,设计了3种不同配筋率(0.85%、1.13%和1.41%)的高强全珊瑚钢筋混凝土板构件.结合声发射技术,开展了全珊瑚混凝土板构件四点弯曲加载试验,揭示了配筋率对高强全珊瑚钢筋混凝土板力学性能的影响.基于声发射参数速率过程理论,建立了损伤定量评估模型,并进一步提出了可用于工程实践的损伤评估准则.结果表明:随配筋率增大,高强全珊瑚混凝土板构件起裂荷载、起裂时间与峰值荷载均增大,但中心挠度降低了11.29%;单位时间声发射参数变化均存在2个峰值区,可作为板构件的起裂评判和破坏预兆;根据声发射参数累计值变化可将高强全珊瑚混凝土板构件破坏过程划分为轻度(<0.35)、中度(0.35~0.66)、高度(0.66~0.84)和重度(>0.84)损伤4个程度.所建立模型适用于不同配筋率的全珊瑚混凝土板构件损伤评估.

盐胀作用下埋地钢筋混凝土板受力性能试验研究

基于青海盐渍土地区埋地钢筋混凝土板现场模型试验,研究了考虑温度影响的盐渍土盐胀作用下钢筋混凝土板内及其表面的应力变化规律,并将其定义为“盐胀应力”。利用钢筋混凝土板内外应变监测结果,通过理论分析得出盐胀应力计算公式。基于Sum of sine函数模型将1年周期内盐胀应力的变化过程以及相对应的盐胀作用划分为发展阶段、稳定阶段、下降阶段3个阶段。其中发展阶段为每年10月至次年2月,温度变化范围为0~10℃,在该温度范围内,随着温度降低,盐胀应力不断增加,说明盐胀现象愈为强烈。对青海盐渍土地区的埋地结构物设计提出了建议,以期最大程度地减少盐渍土对埋地结构物的破坏。

钢筋混凝土板等效导热系数理论计算公式

钢筋混凝土结构属于一种复合材料,其导热性能受配筋率、钢筋方向等因素影响。将钢筋混凝土板视为钢筋与混凝土组成的两相复合材料,基于串、并联等效模型,并借鉴分层组合式有限元模型中的钢筋层假设,得到不同热流方向的等效导热系数计算公式。通过试验验证了该公式的合理性;同时,分析了钢筋走向、配筋率、板厚、混凝土与钢筋导热系数比值等因素对钢筋混凝土板导热系数的影响规律。研究表明,建立的等效导热系数计算值与试验结果吻合较好。钢筋混凝土板三个方向的等效导热系数随配筋率的增大而增大,对钢筋轴向等效导热系数影响最显著;相同配筋情况下,垂直钢筋轴向另两个方向的等效导热系数均随混凝土与钢筋导热系数比值增大而增大,钢筋轴向等效导热系数随板厚增大而增大,板厚对其他两个方向等效导热系数几乎不影响。所建立的等效导热系数计算公式可将钢筋混凝土板等效为均质材料,以简化热传导分析。

水下爆炸冲击波载荷作用下钢筋混凝土板毁伤特性分析

钢筋混凝土板是各种水工结构中的重要部件。因此,进行水下爆炸载荷作用下钢筋混凝土板结构的毁伤模式研究具有重要的战略意义。本文采用Abaqus声固耦合法对钢筋混凝土板在水下爆炸载荷作用下的毁伤模式进行研究,分析影响钢筋混凝土板毁伤的主要参数,总结钢筋混凝土板的几种典型毁伤模式,确定钢筋混凝土板的毁伤等级,包括轻微毁伤、中等毁伤和严重毁伤;建立Kriging模型,对钢筋混凝土板的毁伤模式进行预测,并通过算例验证预测方法的准确性。研究工作可为水下爆炸载荷作用下钢筋混凝土结构毁伤的深入研究提供参考。

天然气爆炸载荷作用下钢筋混凝土板毁伤试验研究

为研究天然气爆炸压力积聚作用下钢筋混凝土板的毁伤规律,搭建9.8 m^(3)半地下式气体爆炸加载装置,对两种厚度(80 mm、100 mm)、3种强度(C30、C40、C50)的钢筋混凝土板进行当量甲烷爆炸加载下的毁伤试验研究,获得爆炸空间中准静态压力、钢筋混凝土板面外位移、等效应变等分布特征。研究结果表明:封闭空间中,爆炸压力积聚与板体开裂泄压作用下,爆炸准静态压力出现振荡特征;等效应变与裂纹特征一致,呈对称Y型分布,且等效应变具有明显的双峰和三峰特征;两种厚度的钢混板具有显著不同的破坏模式,80 mm厚度时钢筋结构保持完整,混凝土破裂飞散,发生局部混凝土冲切破坏,100 mm时在固接处发生断裂,混凝土板整体抛出,产生大面积钢筋混凝土复合体冲切破坏。

聚脲涂覆钢筋混凝土板抗爆抗震塌性能试验研究

为研究改性聚脲涂覆钢筋混凝土板的抗爆抗震塌性能,开展了6 mm厚改性聚脲涂覆钢筋混凝土板的爆炸试验,获取了爆炸加载过程冲击波超压、结构背部加速度、背部中心点位移等结构响应时程特征。主要分析了药量和爆距对结构中混凝土震塌情况的影响,分析了钢筋混凝土板背部聚脲涂层脱黏鼓包现象,并讨论了聚脲增强下钢筋混凝土板在爆炸载荷下发生震塌破坏及聚脲涂层脱黏情况随比例距离增加的变化规律。结果表明:随着爆距减小,背部聚脲涂层损伤及钢筋混凝土板破坏程度增加,且爆距越小时增加程度越大;随着药量增大,背部聚脲涂层损伤程度及钢筋混凝土板破坏程度增加,且药量越大时增加程度越大;单一变量下比例距离增加使得作用在结构上的爆炸载荷能量增加,从而引起结构背部破坏加重;比例距离相近时,药量的增加起到影响结构破坏的主导作用,使得结构的震塌破坏及聚脲脱黏程度显著增大。

高寒大温差超长钢筋混凝土板抗冲击荷载数值模拟研究

在高寒大温差条件下,对超长钢筋混凝土板抗冲击荷载数值模拟进行了研究。结果表明:系统能量受冲击速度影响较大,预加荷载影响次之,受配筋率影响最小。在冲击速度处于3.0~10.5 m/s范围内时,系统能量改变幅度为2.09%~1.41%。当速度从0 m/s增加至3.0 m/s时,预加荷载从0 kN/m2增加为2.5 kN/m2时,板中心竖向位移从3.20 mm增加到3.46 mm,增幅为8.12%;速度从3.0 m/s增加至5.5 m/s时,板中心竖向位移从12.97 mm增加到13.75 mm,增幅为6.01%;在冲击速度增大为10.5 m/s时位移时程曲线,板中心竖向位移从56.12 mm增加到56.62 mm,增幅为0.89%。在进行钢筋混凝土板预加荷载的施加时,随着预加荷载的增加,冲击后板中心竖向位移随之增加,但增加幅值较小,预加荷载对板中心竖向位移具有较小影响。在其他条件相同时,冲击速度从3.0 m/s增大到5.5 m/s时,板中心竖向位移增幅为299.42%;冲击速度从5.5m/s增加到10.5m/s时,板中心竖向位移增幅为319.29%。板中心竖向位移受冲击速度影响最大,受预加荷载与配筋率的影响较小。

小药量双重爆炸荷载作用下钢筋混凝土板动力响应研究

为研究小药量双重爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的动力响应,采用有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土板的三维有限元模型。通过与既有试验数据对比,验证了数值模型的合理性;并采用所建数值模型,进一步研究了小药量双重爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的动力行为特征。结果表明,随着条形炸药放置角度的不同,混凝土板面的损伤破坏区域呈现出始终沿条形炸药长度方向上分布的规律。小药量双重爆炸荷载作用下,钢筋混凝土板的损伤破坏主要发生在第一次爆炸期间;钢筋混凝土板位移、钢筋轴力和轴向应变在第二次爆炸荷载作用下的增长显著。

爆炸荷载作用下钢筋混凝土板性能分析

为了分析爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的动力响应,利用有限元开展了单点接触爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的压力、位移、钢筋应力-时程响应。结果表明:所有测点的超压时程响应曲线呈现正态分布的趋势;钢筋混凝土板迎爆面最大位移随时间的增加呈现先增加后减小再增加的趋势,表现为倒三角的形状;钢筋混凝土板内部的上层钢筋呈现为受压状态,压力值在0.5s时快速达到峰值15×103Pa;下层钢筋处于受拉状态,爆炸后拉应力在1s时快速达到峰值6×103Pa;当混凝土强度从30MPa增加至70MPa,钢筋混凝土板内部的最大位移降幅为44.2%;当钢筋屈服强度为250MPa增至500MPa,钢筋混凝土板内部的最大位移降幅为16.5%。

方形钢筋混凝土板的近场抗爆性能

为了探讨钢筋混凝土板在爆炸载荷作用下的抗爆性能,对方形钢筋混凝土板在单向支撑条件下进行了近场爆炸加载实验,实验中采取TNT装药对钢筋混凝土板进行加载。并利用AUTODYN软件采用流固耦合算法,建立了混凝土和钢筋三维分离式实体模型,对钢筋混凝土板的动态响应过程进行数值模拟,且考虑应变率对钢筋和混凝土材料的动态本构特性的影响。模拟得到的钢筋混凝土板破坏现象与实验结果吻合较好。在此基础上,分析了不同质量的装药作用下钢筋混凝土板的损伤和破坏特征,合理展现了钢筋混凝土板从混凝土开裂、底部层裂碎片形成、钢筋屈服到混凝土板局部震塌的动态演变过程。研究结果表明,随着装药质量的增加,方形钢筋混凝土板的破坏模式逐渐由整体弯曲破坏转变为局部冲切破坏。

近爆作用下钢筋混凝土板动态破坏的数值模拟研究

当爆炸在结构构件表面发生时,产生的冲击波将会对结构构件造成损伤和破坏,而准确预测潜在的爆炸对结构构件造成的损伤是进行重要建筑物和防护结构抗爆设计的基础。为研究近爆作用下钢筋混凝土板的抗爆性能,采用AUTODYN软件建立了混凝土和钢筋的三维分离式实体模型,数值模型考虑了应变率对钢筋和混凝土材料动力本构特性的影响以及炸药-空气-结构之间的流固耦合相互作用,分析了不同炸药量作用下钢筋混凝土板的损伤机理和破坏特征,合理展现了钢筋混凝土板从混凝土开裂、碎片形成、部分钢筋屈服断裂到板局部震塌的动态演变过程。随着炸药量的增大,钢筋混凝土板的破坏模式逐渐由整体弯曲破坏转变为局部的冲切破坏。

钢筋混凝土板在低速冲击下的计算方法

钢筋混凝土板在低速冲击下的局部与整体变形和破坏的特点主要取决于冲击的初速和接触区直径与结构厚度的比值 ,在计算中必须既考虑冲击的局部作用 ,也须考虑其整体作用。本文既给出了钢筋混凝土板在低速冲击下局部变形评估方法 ,又给出了整体变形的弹塑性工程近似分析方法 ,整体变形分析中忽略板在裂缝形成前的工作阶段 。

钢筋混凝土板在爆炸荷载作用下的破坏模式分析

目的更精确的界定和证明钢筋混凝土板在不同峰值压力、不同作用时间的爆炸荷载作用下发生的破坏模式变化的规律.方法采用有限元软件Abaqus对钢筋混凝土板的破坏模式进行分析,并考虑了钢筋混凝土的应变率效应.结果Abaqus的数值模拟结果显示,钢筋混凝土板在4种不同峰值压力、不同作用时间的爆炸荷载作用下会发生弯曲和剪切两种不同的破坏模式.结论钢筋混凝土板在相同强度的脉冲压力作用下会发生不同的破坏模式,随着峰值压力的增加与作用时间的减小,破坏模式逐渐由弯曲破坏转变为剪切破坏.爆炸峰值压力较小,作用时间较长时钢筋混凝土板主要发生板边缘和板中部的弯曲破坏;而在爆炸峰值压力较大,作用时间较短时主要发生支撑处的剪切破坏.

基于裂缝特征的钢筋混凝土板式结构评估研究

基于 4片钢筋混凝土板梁室内试验的裂缝特征 ,经回归分析及结构非线性分析 ,建立了以裂缝统计特征推测结构的受压区高度、变形曲率 ,进而预测结构配筋率的方法 ,从而达到对结构性能进行有效评估的目的。该方法简便可行 。

不同爆炸距离下单向支撑方形钢筋混凝土板破坏模式数值模拟研究

为研究方形钢筋混凝土板在爆炸波作用下的破坏模式和抗爆性能,在不同爆炸距离作用和装药量下对典型单向支撑方形钢筋混凝土板进行了数值模拟分析。用AUTODYN软件和流固耦合算法建立混凝土和钢筋三维分离式实体模型,对实验过程进行数值模拟分析,并考虑应变率对钢筋和混凝土材料的动态本构特性的影响。在此基础上,分析了不同装药量下对钢筋混凝土板的损伤和破坏特征。计算结果揭示了钢筋混凝土板从混凝土开裂、底部层裂碎片形成、钢筋屈服到混凝土板局部震塌的动态演变过程。研究结果表明,在近爆非均布爆炸荷载作用下钢筋混凝土板易发生局部冲切破坏,在远距离均匀爆炸冲击波作用下易发生整体弯曲破坏和支座剪切破坏。

内部爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的动力响应研究

对于合理预测内部爆炸荷载作用下复杂结构的动力响应,通常需要用合适的计算方法进行直接的数值模拟。采用了考虑应变率影响的钢筋和混凝土材料的动力本构损伤模型,介绍了用爆炸流体动力学软件预测在封闭空间内发生爆炸情况下结构响应的数值模拟方法。对箱型封闭空间内0.5 kg TNT爆炸荷载作用下钢筋混凝土顶板的响应进行了数值模拟研究,展示了钢筋混凝土板从混凝土开裂、钢筋断裂到板整体抛射的动态演变过程,并与试验结果进行了对比分析,内部爆炸荷载压力时程曲线、混凝土的损伤破坏和板的抛射速度与试验结果吻合较好。从中可以发现钢筋对混凝土开裂起主要抑制作用,板的开裂和碎片形成主要受脉冲压力荷载的影响,而板的抛射速度主要受气体压力荷载的控制。

爆炸荷载的数值模拟及近爆作用钢筋混凝土板的动力响应

采用AUTODYN软件对自由空气中爆炸荷载进行了数值模拟,分析了空气网格尺寸和求解算法对爆炸荷载模拟结果的影响,并与经验预测和TM5-1000值进行了比较分析.研究结果表明,空气单元网格尺寸对爆炸冲击波峰值超压有着显著的影响,对冲量也有一定的影响;Euler-FCT算法较Euler-G算法提高了爆炸荷载的模拟精度,通过增加装药量,可以得到与实际值较吻合的模拟结果.同时采用流固耦合数值模拟方法进行了近爆作用下钢筋混凝土板的动力响应分析,较合理地展现了钢筋混凝土板从混凝土开裂、碎片形成、部分钢筋屈服到板局部震塌破坏的动态演变过程.

含泡沫铝防护层钢筋混凝土板的抗爆性能研究

为了研究多孔吸能材料泡沫铝对结构的防护作用,采用LS-DYNA软件对自由空气中5 kg Pentolite炸药爆炸作用下含泡沫铝防护层钢筋混凝土板的动力响应进行了数值模拟,比较分析了不同厚度泡沫铝的防护效果.结果表明,随着泡沫铝防护层厚度的增加,钢筋混凝土板的挠度变形显著减小,受到的冲击加速度幅值衰减较大,泡沫铝防护层能够有效提高钢筋混凝土板的抗爆性能;当泡沫铝防护层增加到一定厚度时,对爆炸冲击波的衰减效果不再明显.钢筋混凝土板的泡沫铝防护层厚度存在一个合理的设计值,对不同的结构进行防护设计时,需要进行相应的计算分析.

钢筋混凝土板声发射波传播特性试验研究

为了研究钢筋混凝土板的材料和结构参数对声发射关键参数的影响规律,设计制作了9个板试件,并进行了断铅试验和声发射测试。利用自制断铅装置进行断铅试验,确定了适用于钢筋混凝土板的门槛值和峰值鉴别时间等声发射检测参数的设置方法。通过断铅试验和声发射测试,研究了混凝土龄期、板厚、混凝土强度等级、粗骨料最大粒径和配筋等参数对声发射波速和振幅衰减的影响规律。结果表明,板厚和混凝土强度等级是影响声发射波速和振幅衰减的重要因素。波速随着混凝土板厚的增加而减小,随着混凝土强度等级的提高而增大;而板厚越大,混凝土强度等级越低,振幅的衰减越大。骨料最大粒径和配筋对声发射波速和振幅衰减影响较小。此外,还给出了振幅衰减值与传播距离的关系式,以及振幅衰减限值的建议值。

火灾下钢筋混凝土板的温度场分析

研究了火灾下钢筋混凝土板内的温度场的分布,根据热力学原理,采用傅里叶变换法,在适当的简化假定之后,推导出求解火灾下钢筋混凝土板内温度场的计算公式,并编制了计算程序。将程序计算结果和试验数据进行了对比,两者吻合较好,表明方法具有较高的精度。通过该程序的计算可方便地绘制钢筋混凝土板内的温升曲线,并可为进一步开展高温下钢筋混凝土板的受力性能分析提供依据。