圆柱形装药不确定爆炸作用下钢管RPC柱的破坏机理

对不确定爆炸作用下的钢管RPC柱动态响应进行数值模拟,分析钢管RPC柱的破坏机理。采用LS-DYNA软件,对圆柱形装药在不同放置方式、长径比和起爆点下的爆炸作用进行数值模拟,分析比例距离为0.4~0.8 m/kg^(1/3)时的爆炸荷载分布规律,得到反射超压峰值均值和最大值的多项式拟合,并建立了不确定爆炸荷载模型。将统计荷载简化为等效爆炸荷载施加于钢管RPC柱表面,对其动态响应和破坏机理进行分析。结果表明:反射超压峰值服从正态分布,钢管RPC柱在不确定爆炸作用下表现出跨中部位发生明显弯曲变形,而靠近支座部位发生剪切变形;以爆炸荷载的平均值和最大值来预测钢管RPC柱的损伤状况时,后者得到的破坏程度明显大于前者,且结构更趋于剪切破坏。

火灾后钢管RPC柱抗爆性能试验研究

为研究钢管活性粉末混凝土(钢管RPC)柱火灾后的抗爆性能。通过4根大比例钢管RPC柱试件的野外抗爆试验,得到了冲击波反射压力和钢管RPC柱的位移、应变时程曲线,分析了不同受火时间和比例距离对火灾后钢管RPC柱抗爆性能的影响。结果表明:钢管RPC柱具有良好的抗爆性能,受火后的钢管RPC柱在爆炸荷载作用下钢管仍能有效约束RPC,但随着受火时间的增加钢管RPC柱的抗爆能力减弱。未受火的钢管RPC柱在比例距离为0.58 m/kg^(1/3)的爆炸荷载作用下基本处于弹性状态;受火60 min的钢管RPC柱仍具有较好的变形性能和抗剪能力,但当比例距离由0.58 m/kg^(1/3)减小到0.48 m/kg^(1/3)时,试件出现由弯曲破坏过渡到弯剪破坏的趋势;受火105 min的钢管RPC柱变形性能显著下降,在比例距离为0.58 m/kg^(1/3)的爆炸荷载作用下跨中处出现明显的塑性铰,跨中最大位移和残余位移分别比受火60 min的工况增加0.4倍和1.6倍,说明受火时间对火灾后钢管RPC柱的抗爆性能有较大影响。

钢管RPC柱的力学性能及极限分析研究现状

钢管活性粉末混凝土是一种新型钢管超高强混凝土组合结构,具有高强度、高延性等优良力学性能。综述了钢管RPC的特性;总结了钢管RPC短柱的力学性能及承载力计算式;介绍了钢管RPC长柱及偏压柱的试验研究成果,以及钢管RPC截面黏结性能和有限元模拟等方面的研究成果。在分析基础上,提出了钢管RPC柱有待深入研究和亟待解决的问题。

火灾后钢管RPC柱近距离爆炸残余承载力研究

对梁-柱构件的轴向力和侧向爆炸荷载进行适当简化,提出了一种基于等效单自由度方法的近距离爆炸分析模型。首先对标准火灾和爆炸作用后的钢管活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete Filled Steel Tubular,简称钢管RPC)柱初始挠度进行估算,然后结合钢管混凝土统一理论给出残余承载力计算公式并对钢管RPC柱的爆炸损伤进行评估。通过大比例模型试验研究了标准火灾后钢管RPC柱的近距离爆炸残余承载力,分析受火时间和爆炸比例距离对残余承载力和破坏形态的影响。结果表明:理论计算结果与试验数据吻合较好,验证了该文计算模型的可靠性。钢管RPC柱的残余承载力损失范围为16%~67%,火灾和爆炸作用对钢管RPC柱承载力产生了不同程度的毁伤,且残余承载力对受火时间更为敏感。其中,仅受火105 min的钢管RPC柱承载力下降60%,而仅遭受爆炸作用的承载力下降16%;经历火灾作用再遭受爆炸荷载的钢管RPC柱承载力损失高达67%。对5根钢管RPC柱进行爆炸损伤评估:1根为轻度破坏,2根为中度破坏,2根为重度破坏,表明钢管RPC柱具有良好的抗火性能和抗爆性能。

标准火灾作用后钢管RPC柱的温度场数值模拟

为研究标准火灾作用后钢管RPC柱的温度场,合理选择了钢材和RPC的高温热工参数,采用ANSYS软件分析了钢管RPC柱在ISO-834标准火灾升温后的截面温度场。结果表明,在不同受火时间下,外层钢管温度均可认为均匀分布,而RPC形成明显的不均匀温度场;随着受火时间的增加,RPC温度不断升高,温度梯度逐渐减小,趋于均匀分布;越靠近核心区域的点,升温曲线越平缓,中心点的温度时间曲线接近直线。根据数值模拟结果,提出了钢管RPC柱截面温度场的简化计算方法。

火灾后钢管RPC柱抗爆动力简化计算

建立了火灾后钢管活性粉末混凝土(简称钢管RPC)柱残余力学性能简化计算方法,并在公式中考虑了温度效应对钢管RPC套箍约束作用的影响;采用等效单自由度法对不同高温后柱的动力响应进行了弹塑性动力分析,探讨了恒定轴向力条件下比例距离和受火时间对柱抗爆动力响应的影响。结果表明,采用简化方法得到的计算结果能反映火灾后钢管RPC柱抗爆动力响应的基本规律。

爆炸荷载作用下钢管RPC柱动力响应数值模拟研究

为研究钢管RPC柱的抗爆性能,通过ANSYS/LS-DYNA对钢管RPC柱动态响应全过程进行了模拟,利用参数化分析方法研究了爆炸荷载、轴向荷载、含钢率、长细比和钢材强度对钢管RPC柱抗爆性能的影响规律。结果表明:在爆炸荷载作用下钢管RPC柱中的钢管仍能有效约束核心RPC,柱的破坏形态以弯曲破坏为主,表现出良好的抗爆性能;爆炸荷载和长径比是影响其抗爆性能的主要因素。

钢管RPC边框密肋复合剪力墙抗剪性能

为研究新型钢管活性粉末混凝土(RPC)边框密肋复合剪力墙的抗剪性能,基于统一强度理论和斜压杆计算模型,考虑材料的中间主应力、拉压异性效应以及边框架与等效弹性板之间剪应力等因素的影响,建立了此类组合墙体的抗剪承载力计算公式。利用ABAQUS有限元软件,对不同混凝土强度、轴压比、钢管屈服强度的钢管RPC边框密肋复合剪力墙进行水平单调加载,将抗剪承载力数值模拟结果与理论计算结果进行对比分析。结果表明:抗剪承载力计算值与有限元值吻合较好,验证了理论计算方法的准确性与有限元模型的可靠性;随着密肋复合墙板肋格RPC强度等级的提高,剪力墙抗剪承载力显著提高;随着轴压比的增加,抗剪承载力先增加后下降,且延性性能下降;提高边框柱钢管屈服强度,剪力墙承载力略有增加,效果并不显著,但可以改善构件延性性能;提出的抗剪承载力计算公式为该新型复合剪力墙的发展提供了理论基础。

钢管RPC 短柱轴压承载力极限平衡法分析

钢管RPC结构是一种承载力极高延性优良的新型结构,钢管对RPC的约束效果与普通钢管混凝土有差别。为建立适合于钢管RPC短柱轴压承载力计算公式,收集相关文献数据,基于极限平衡理论选用不同的核心RPC约束强度准则对钢管RPC短柱轴压承载力进行了计算分析。结果表明:极限平衡理论可用于钢管RPC短柱轴压承载力计算,但其计算精度依赖于RPC常规三轴强度屈服准则;钢管对RPC的强度约束效果相比普通混凝土弱,现阶段采用极限平衡理论求解钢管RPC短柱轴压承载力时,建议核心RPC采用k=3的线模型屈服准则,而高围压的核心RPC屈服准则还有待进一步的研究与探讨。研究成果可为钢管RPC柱的工程设计和相关规范修订提供理论依据。

钢管RPC边框密肋复合剪力墙轴压性能研究

为研究新型钢管RPC边框密肋复合剪力墙的轴压性能,基于统一强度理论,考虑中间主应力及拉压异性效应,推导出此类构件的轴压承载力计算公式并进行试验验证;采用有限元分析软件ABAQUS,建立钢管RPC边框密肋复合剪力墙的有限元模型,对轴压力学性能进行分析,探讨了中间主应力、钢管壁厚和高宽比对构件轴压承载力的影响。结果表明:钢管RPC边框密肋复合剪力墙具有较高的轴压承载力,ABAQUS数值模拟结果与理论分析结果吻合良好,同时验证了理论计算方法的准确性及有限元模型的可靠性。最后总结分析荷载位移曲线与应力曲线的变化规律,可知钢管RPC边框密肋复合剪力墙表现出良好的协同工作能力。