钢筋混凝土梁冲击后剩余承载力及承载机制研究

冲击后剩余承载性能是评估结构抗冲击性能的重要指标。为研究钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁冲击后剩余承载力及损伤后承载机制,对12片简支RC梁进行了落锤冲击以及冲击后静力加载试验,基于显式动力有限元分析方法对冲击及其冲击后静载全过程进行了仿真模拟,探讨了冲击能量和构件参数(拉筋率、压筋率、箍筋率和混凝土强度)对RC梁冲击后剩余承载性能的影响,基于试验和数值模拟数据得到了损伤后RC梁剩余承载力的预测公式,分析了影响冲击损伤RC梁剩余承载力的本质原因。研究结果表明:RC梁冲击接触局部区域混凝土破损,跨中区域产生较为严重的垂直裂缝和斜裂缝;随着冲击能量的增大,梁的冲击损伤更为严重。不同冲击参数下RC梁的承载力发生不同程度的下降,受压钢筋和箍筋配筋率的增加降低了承载力退化程度,而增加受拉钢筋配筋率虽然可以提高RC梁原始承载力,但其冲击后承载力下降比例也越大,混凝土强度对于受冲击损伤的RC梁剩余性能没有显著的影响。冲击后RC梁承载力下降与否与其在极限状态的破坏控制模式相关。

ECC板-薄壁钢管组合防护装置抗撞性能分析及优化

为降低桥梁上部结构在超高车辆撞击下的损伤程度,提出一种水泥基复合材料(ECC)板-薄壁钢管组合防护装置,该防护装置分为3个模块:扩散模块、吸能模块、固定模块。扩散模块由ECC板和钢筋网组成,直接承受超高车辆的撞击,吸能模块由薄壁钢管和填充聚氨酯泡沫组成,通过自身变形储存车辆撞击能量;固定模块由钢板组成,由钢板实现防护装置与主梁之间的可靠连接。建立防护装置精细化有限元模型,建模过程中重点考虑混凝土、ECC材料的弹塑性损伤以及防护装置与桥梁之间的非线性接触关系,采用显式动力分析软件Ls-Dyna对其防撞性能进行深入分析,同时对防护装置的参数敏感性进行探讨。以标准双轴卡车撞击预应力混凝土空心板桥上部结构为研究对象,以车辆速度80 km/h、车辆质量25 t以及碰撞超高250 mm为典型代表工况,分析防护装置的防撞性能。研究结果表明:在超高车辆撞击下,预应力混凝土空心板桥主要发生混凝土剥落、普通钢筋断裂等局部型损伤;组合防撞装置中ECC板可以有效扩散碰撞荷载,避免桥梁发生损伤;钢管内填充聚氨酯泡沫和增加ECC板厚可以减小防护装置变形,钢管高度增大可以增加防护装置吸能效果;从工程应用角度出发,应从防撞装置吸能和其自身抗冲击能力2个方面综合确定组合防撞结构设计参数,保证其防护效果。