不同波纹钢-混凝土板复合结构水下抗爆机理及损伤等级预测

为探究不同波纹钢-混凝土板复合结构的水下抗爆机理,采用光滑粒子流体动力学与有限单元(FEM-SPH)耦合方法模拟混凝土板在水下接触爆炸下的损伤过程,并与试验结果对比,以验证数值方法的有效性;采用FEMSPH方法探究不同防护方案下墙面板毁伤过程及失效模式,揭示其水下防爆机理,并构建出墙面板损伤等级预测曲线。研究结果表明:模拟结果与试验结果较为吻合,验证了模拟方法的有效性;在含12 mm厚波纹钢的复合结构(T-12)、含75°夹角的波纹钢复合结构(A-75)和含厚70 mm波纹钢的复合结构(WH-70)三种防护方案下,墙面板的毁伤范围较未加固墙面板最大降幅分别为83.0%、81.6%和82.5%;预测曲线可以直观评估出炸药量和复合结构中波纹钢波高变化对墙面板损伤等级的影响。

由温度引起的静定钢-混凝土板结合梁中剪力钉的受力

利用非线性有限元分析 ,计算温度效应引起的钢 -混凝土板结合梁中的剪力钉承受的剪力和上拨力 ,文章对其结果进行了讨论 ,认为当结合梁刚度较大时 ,应注意温度效应引起的剪力和上拨力。

爆炸荷载作用下曲面钢-混凝土钢组合板的动态响应研究

为探究钢-混凝土-钢组合板(组合板)的抗爆性能,设计四种不同曲率的组合板;利用有限元软件ABAQUS对比研究这四种组合板在爆炸荷载作用下的损伤、位移和能量耗散情况。同时,以曲率为0.75的组合板为例,参数化分析了炸高、炸药量、钢板厚度、混凝土厚度、栓钉间距和直径对其动态响应的影响。研究表明:在相同爆炸作用下,组合板的最大动能和最大跨中位移均随着曲率增大而减小。当内外层钢板总厚度不变时,适度增大内层钢板厚度更有利于降低组合板的最大跨中位移。适度增加组合板的曲率,适度减小栓钉间距或增大栓钉直径均有利于提高组合板的抗爆性。根据非线性回归拟合得到了组合板的最大跨中位移与钢板厚度(或混凝土厚度)和炸药量的两种经验公式。

钢-混凝土-钢组合板爆炸冲击响应分析

基于钢-混凝土-钢(SCS)组合板爆炸试验,采用LS-DYNA显示动力分析程序对其抗爆性能进行数值模拟。通过与试验的对比验证了模型的可靠性,采用该模型分析了比例距离、混凝土厚长比、钢板厚度以及混凝土强度变化对SCS板动态响应的影响。结果表明,该有限元模型能够有效模拟SCS板在爆炸荷载下的动态响应过程;随着比例距离的减小,SCS板跨中位移逐渐增大,并由弹性变形转变为塑性变形;增加混凝土厚长比和钢板厚度能够有效降低SCS板跨中位移,而混凝土强度变化不会对SCS板抗爆性能产生显著影响。

高速铁路大跨度钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥稳定性研究

为研究高速铁路大跨度钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥的稳定性,依托主跨300 m深茂铁路虎跳门水道特大桥,采用有限元软件ANSYS建立以梁单元为主的空间杆系有限元模型,对铁路钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥开展线弹性稳定分析,并进行考虑几何初始变形及材料弹塑性的非线性稳定性分析。结果表明:在弹性稳定分析下,该桥梁的一阶失稳形式为主梁整体纵飘及塔纵弯失稳,二~四阶均为桥塔处的主梁下弦杆首先出现横向偏位而局部失稳;在运营阶段弹性稳定系数最小为7.639,第二、三阶和第四、五阶稳定系数分别相同且失稳形式为对称失稳;考虑最大几何初始变形(k=L/1 000)后,一阶稳定系数减小6.39%;考虑非线性因素影响后稳定系数降低明显,仅考虑几何非线性因素的影响后一阶、二阶和四阶稳定系数分别降低11.23%、9.01%和10.13%,而考虑几何及材料双重非线性因素影响后,一阶、二阶和四阶稳定系数分别降低67.78%、60.63%和52.56%,表明材料非线性对铁路钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥的稳定系数影响更为显著;考虑最大几何初始变形(k=L/1 000)以及双重非线性因素影响后,铁路钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥的稳定系数为1.985,大于规范1.7的要求。

正交异性钢-混凝土组合板负弯矩区抗弯性能分析

为探究正交异性钢-混凝土组合板负弯矩区的抗弯性能,对3块正交异性钢-混凝土组合板进行了抗弯静载试验和非线性数值分析,研究了不同因素对混凝土负弯矩开裂荷载和组合板整体抗弯极限承载力的影响.结果表明:正交异性钢-混凝土组合板呈现典型的弯曲破坏形态;当钢纤维体积分数为1%时,钢-混凝土组合板开裂弯矩的提升率最大,但钢纤维体积分数的改变对整体抗弯极限承载力影响较小;正交异性钢-混凝土组合板的开裂弯矩与正交异性钢板强度无关,极限弯矩则随钢板强度的增加而增大;增加混凝土板厚能提高组合板开裂弯矩和极限弯矩,当混凝土板厚度与正交异性钢板高度比值为0.8时,开裂弯矩的提升率最大.

波形钢腹板工字钢-混凝土结合板梁桥设计参数分析

为明确波形钢腹板工字钢-混凝土结合板梁桥关键设计参数的合理取值范围,以3×30 m波形钢腹板结合梁桥通用图为研究对象,建立波形钢腹板工字钢-混凝土结合板梁有限元模型进行参数敏感性分析。研究翼缘板宽厚比、波形钢腹板高厚比、横隔板间距及钢梁高跨比等对结构受力性能的影响,并给出关键设计参数合理取值建议。结果表明:波形钢腹板工字钢梁跨中处受压上翼缘板宽厚比小于23、支点处下翼缘板宽厚比小于19时可满足结构稳定性要求;跨中处波形钢腹板高厚比不宜大于265,支点处腹板厚度由抗剪需求控制;波形钢腹板横向刚度大于平钢板,横隔板间距可放宽至支点处翼缘板宽度的35倍;波形钢腹板工字钢结合板梁桥的钢梁高跨比可取1/28~1/18,经济合理高跨比约为1/25。

两跨连续钢-再生混凝土组合板长期性能与预测

为量化掺入再生粗骨料对两跨连续钢-再生混凝土组合板长期性能的影响并提出相应的设计方法,综合考虑混凝土非均匀收缩、徐变及开裂的影响,采用ABAQUS软件建立组合板长期性能有限元模型,并利用现有长期性能试验数据验证有限元模型的可靠性;进行有限元参数分析,量化再生粗骨料取代率等因素对两跨连续钢-再生混凝土组合板长期性能的影响;进而提出两跨连续钢-再生混凝土组合板长期性能设计方法,并对设计方法的可靠性进行评价。研究结果表明:所建立的有限元模型可有效预测两跨连续钢-再生混凝土组合板的长期性能,预测值与试验值相差在10%以内;再生粗骨料取代率对两跨连续组合板长期性能影响显著,再生粗骨料取代率分别取50%和100%时,组合板长期中支座负弯矩与跨中挠度分别增加7%与12%、21%与42%;考虑混凝土非均匀收缩变形影响的长期性能设计方法可有效预测两跨连续组合板的长期负弯矩作用范围、中支座负弯矩、裂缝宽度及跨中挠度,预测值与试验值最大相差15.3%。

压型钢板钢-混凝土组合板抗火研究的现状和特点

对压型钢板钢－混凝土组合板这种新型结构， 由于国内还没制定其防火和耐火的规定， 不但制约了该结构的推广， 而且对已建成结构的耐火度缺乏必要的科学依据。在火灾的作用下， 结构的内力、变形和承载力均与常温有不同的特点。因此有必要对其耐火性能进行研究。

钢-混凝土组合板梁在既有铁路桥梁改造中的应用

最近几年来,我国铁路交通日益发达,长距离、大负荷、高速度的运输日益繁重,上世纪70、80年代所建造的铁路钢筋混凝土桥出现严重疲劳损害,对列车安全运营存在隐患。本文简要介绍现有传统加固技术的适用条件,针对于一些严重桥梁病害,提出在传统结构加固基础上发展起来的新型钢一混凝土组合梁,并介绍其技术在陇海线宝鸡东枢纽编组站1座交通涵改造工程的应用,验证此改造技术在既有铁路桥梁中应用的可行性。

钢-混凝土组合板的弹性整体剪切屈曲分析

为了研究钢-混凝土组合板的弹性整体剪切屈曲性能,采用夹层板理论推导了组合板弹性屈曲方程,分析了界面剪切刚度的影响.通过在钢与混凝土之间设置假想的剪切薄层,模拟钢-混凝土组合板界面滑移效应,建立考虑滑移效应的组合板分析模型,推导出四边简支矩形组合板在均匀受剪状态下的弹性屈曲方程,并分析了界面剪切滑移刚度对屈曲荷载的影响.通过参数分析拟合了防止完全剪力连接四边简支组合板整体屈曲所需混凝土板最小厚度的计算公式.结果表明,剪切刚度较小时,屈曲荷载增长较快;剪切刚度较大时,屈曲荷载变化缓慢并逐渐趋于稳定,与完全剪力连接组合板的屈曲值接近.该结果与有限元计算结果吻合较好.

钢-混凝土组合板在某大型烟囱工程中的应用

某大型火力发电厂烟囱结构中采用大跨度圆环形简支板。原设计方案为钢筋混凝土板,后改为钢-混凝土组合板。利用有限元程序对钢筋混凝土板和钢-混凝土组合板两种设计方案进行计算分析和对比,说明钢-混凝土组合板应用于大跨度不规则板结构的优点和经济指标。工程实践表明,应用效果良好。

新型钢-混凝土组合板的力学性能研究

以加劲肋形式、组合板厚度和栓钉布置为参数,进行了9块新型组合板的力学性能试验.试验结果表明,组合板的正截面承载力可按基于修正平截面假定的极限状态计算;组合板的跨中挠度,可在按现行规范计算的基础上,加上考虑界面滑移影响的附加变形值予以修正.

钢-混凝土组合空腹板架静力特性理论研究

钢-混凝土组合空腹楼盖是一种新的构造形式。结合一算例,利用ANSYS有限元软件,建立了组合空腹楼盖的三种计算模型:空间梁单元与壳单元的混合元模型、空间壳单元模型、壳单元和块体单元模型三种理论计算方法,对这三种计算模型作分析对比,得到了静荷载作用下该类结构的内力分布规律及其他一些有价值的结论。

基于MASW的钢-混凝土组合板界面剥离损伤识别

目的提出一种基于多通道面波分析技术(MASW)的钢-混凝土组合板界面剥离损伤识别方法。方法从Rayleigh波的波动方程出发,结合MASW技术建立钢-混凝土组合板有限元模型,通过激励正弦信号产生Rayleigh波,研究其波速衰减特征,并提出基于波速衰减的MASW损伤识别算法;搭建MASW试验平台,建立多通道超声面波检测系统,并进行多道信号采集和数据处理,验证所提出算法的有效性。结果数值模拟中,组合板的界面剥离损伤使表面波产生"分流"现象并造成表面波速度衰减,其衰减幅度与剥离长度密切相关;MASW试验中,表面波在损伤区域发生了较大程度的波速衰减,其波速衰减的起始道间与剥离损伤的起点和终点相对应。结论波速衰减幅度与剥离长度近似呈正相关的线性关系,所提出的损伤识别方法能够确定剥离损伤的具体范围,识别精度达到厘米级。

带型钢加劲肋的钢板-混凝土组合板的试验

基于临时应急和长期使用相结合的特殊需要,提出了带型钢加劲肋的钢板-混凝土组合板这一新型组合板,型钢加劲肋分别采用工字钢、矩形钢管和由工字钢剖分而成的T形钢三种形式。以加劲肋形式、组合板厚度和栓钉布置为参数,进行了9块组合板的力学性能试验。结果表明,通过适当地选择型钢加劲肋形式、合理地布置栓钉和确定混凝土厚度,可以保证钢承板和混凝土组合作用的发挥。

加劲钢板-混凝土组合悬臂板塑性阶段荷载分布宽度分析

塑性阶段的荷载分布宽度不同于弹性阶段,但在设计中普遍仅采用弹性阶段的荷载分布宽度。针对一种新型的组合板——加劲钢板-混凝土组合板,进行了足尺模型试验研究。利用非线性有限元方法,分析了组合悬臂板在弹性和塑性受力阶段的荷载分布宽度,并将结果与我国现行公路桥梁设计规范计算公式进行了比较。结果表明:在塑性极限状态,试验分析得到的荷载分布宽度比弹性阶段提高了44%,数值计算得到的荷载分布宽度比弹性阶段提高了61%。

爆炸载荷作用下钢-混凝土-钢组合板的动态响应数值模拟

钢-混凝土组合结构的抗爆性能已成为防护工程和反恐防爆等领域的研究热点。以钢-混凝土-钢组合板为例,利用有限元软件ABAQUS对爆炸载荷作用(爆距为2.5~7.5 m,TNT炸药量为50~100 kg)下该结构的破坏形态和动力学性能进行了数值模拟。研究结果表明,组合板的破坏形态与炸药量和爆距有关。炸药量越大,爆距越小,组合板的破坏程度越明显。当TNT炸药量为100 kg、爆距为2.5 m时,组合板发生明显的翘曲,出现了塑性铰。钢板的存在有效地抑制了核心混凝土的剥落。在爆距相同的条件下,炸药量越大,组合板的变形越明显,跨中挠度和峰值速度也越大。当炸药量相同(100 kg)时,与爆距为7.5 m相比,爆距为5.0 m时组合板的跨中挠度为其1.53倍,爆距为2.5 m时组合板的跨中挠度为其5.01倍。

钢-超高性能混凝土组合板横向受弯静力试验及有限元模拟

为了研究钢-超高性能混凝土(UHPC)组合板的受弯性能,开展8块该类组合板的受弯试验,分析正、负弯矩作用下的受弯破坏开展全过程.在正弯矩作用下,组合板受弯破坏经历了线弹性阶段、裂缝开展阶段和屈服阶段,结构刚度两次衰减的拐点分别是界面滑移与钢板屈服,结构破坏时加载点附近UHPC局部压碎且剪弯段及端部界面出现脱空现象;在负弯矩作用下,UHPC层出现横向裂缝导致结构刚度第一次下降,随着裂缝的发展,截面内力重分布使得钢筋应力持续增大直至屈服,最终主裂缝宽度过大导致结构刚度严重衰减,组合板因UHPC层受拉断裂而破坏.采用有限元软件ABAQUS,建立非线性有限元模型.模型中考虑界面接触、材料非线性、混凝土损伤塑性模型等,模拟试验全过程.在与试验结果进行对比分析的基础上,分析影响钢-UHPC组合板抗弯性能的主要因素,包括界面黏结方式、纵筋配筋率、栓钉数及布置,研究这些因素对组合板抗弯极限承载力、结构刚度、跨中挠度等力学性能的影响.

两点空爆下钢-混凝土-钢组合板的动力学性能分析

为了研究钢-混凝土-钢组合板的动力学性能,利用ABAQUS非线性动力学软件在两点空爆下对其进行了分析。结果表明:组合板的破坏形态与延时起爆时间间隔有关。当两点同时起爆时,组合板主要发生受弯破坏,混凝土核心底面跨中和支座处会出现较为明显的裂缝。两点同时起爆产生的冲击波经过耦合后,组合板的峰值振速最大,组合板的峰值挠度随着延时时间增加而逐渐减小。适度增大组合板顶面和底面钢板的厚度,可有效减小组合板的挠度,减小侧面钢板厚度对组合板挠度变化影响不大。提高顶底面钢板厚度和降低侧面钢板厚度均能提高混凝土核心吸收能量的比率且降低背爆面钢板吸收能量的比率,均可减轻组合板背爆面钢板的破坏。