火灾与爆炸耦合作用对RC板力学性能影响研究

为研究火灾下钢筋混凝土(RC)板抗爆性能,利用ABAQUS有限元软件对已有试验进行模拟并验证火灾下RC板高温模型以及RC板常温爆炸模型的有效性。在此基础上,分析了火灾下RC板的爆炸工作机理,研究了受火时间、不同方位角以及不同爆炸位置对RC板在火灾下抗爆性能的影响。结果表明:火灾下的RC板受爆炸荷载作用时,板中部首先发生剪切破坏,随后楼板整体发生受弯破坏;随着受火时长增加,混凝土受高温劣化,钢筋强度下降,RC板的抗爆性能下降严重;在受火时长120 min工况下,板角爆炸相比板边、板中爆炸的峰值位移分别增加了134.4%、150.9%;在受火时长180 min工况下,板角爆炸相比板边、板中爆炸的峰值位移分别增加了138.4%、159.9%;不同位置爆炸对RC板影响较明显,其中板中爆炸对RC板的破坏程度最高,且RC板破坏越严重,其动力响应持续时间越长;在受火时长120 min工况下,爆炸方位角为60°和90°的RC板峰值位移相比爆炸方位角30°的RC板峰值位移分别减小了4.4%、2.4%,不同方位角爆炸对RC板的影响不明显。

堤防岸坡RC板件的抗冲击性能研究

为进一步明确多次冲击中堤防岸坡RC板件的抗冲击性,文中采用摆锤、落锤试验分析其多次冲击下的时程变化规律、整体变形及凹陷变形变化情况,进而分析其损伤变化及吸能特征。结果显示,冲击角度是影响堤防岸坡RC板件整体变形及凹陷变形的主因,斜向冲击是影响其安全性的主因,增加冲击力能够降低板件吸能能力,增强其破坏率。

混凝土本构模型在基于分层壳建模的RC板壳极限荷载分析中的对比

为明确Abaqus中混凝土弥散开裂模型(SCCM)与塑性损伤模型(CDPM)在基于分层壳单元建模的Reinforced Concrete (RC)板壳结构静力极限承载能力分析中的适用性和合理的参数取值,在对两种本构模型基本特性阐述的基础上,以两块RC板和一RC双曲冷却塔为例,分别采用两种本构并配合不同参数进行计算.结果表明:Abaqus中的弥散开裂模型和塑性损伤模型均可用于基于分层壳单元建模的RC板壳结构静力极限承载特性分析;弥散开裂模型中不同拉伸硬化参数TS值对结构的开裂荷载无影响,但对钢筋屈服和破坏极限两种状态时的荷载和位移影响较大,两者一般随TS值的增加而增大,且此影响程度还与结构形式和配筋率有关;弥散开裂模型与塑性损伤模型所得结果的差异主要表现在开裂后;弥散开裂模型取TS=10时所得结构荷载位移曲线与塑性损伤模型一致性较好,但由于塑性损伤模型的极限应变更大,其所得结构延性更好,可更好地模拟RC结构的极限承载特性,而TS=10的弥散开裂模型对部分结构无法获取钢筋屈服后的完整破坏过程,需提高TS取值才可实现.

RC板爆炸冲击试验及数值模拟研究

采用爆炸冲击模拟试验和LS-DYNA三维有限元软件,对爆炸冲击作用下RC板的变形破坏损伤机理及变形破坏特征进行了研究,研究发现爆炸冲击荷载作用下,采用数值计算模型能够准确的模拟混凝土的性能。

高强RC板的抗接触爆试验分析

在接触爆炸荷载作用下,钢筋混凝土板是防护结构中受爆炸荷载作用的主要受力构件,通过对5个不同配筋率的HHT600高强RC双向板和5个普通RC双向板在接触爆炸荷载作用下的对比试验,考察了破坏形态,包括爆炸成坑、爆炸震塌和爆炸贯穿等现象,系统分析了这两种板的接触爆炸破坏特征和局部破坏效应。研究结果表明:提高板中的钢筋强度等级和钢筋配筋率,能改善钢筋混凝土板的抗爆性能。对爆炸成坑和结构震塌的主要影响因素得出了初步结论,为结构抗局部破坏设计和防护工程中遮弹层的研制提供了实验依据。

强冲击荷载下RC板失效仿真研究

为了更有效地模拟强冲击荷载作用下混凝土材料的失效行为,采用LS-DYNA软件,基于HJC模型,建立弹体冲击钢筋混凝土(RC)板有限元模型,研究失效类型、主应变、剪应变和应力等参数对弹体侵彻混凝土并贯穿RC板的影响规律。结果表明:当失效控制参数FS值取0或1.0~1.5时,部分模型的弹体未能贯穿RC板,与试验现象不符;当FS值为0.1~0.9时,弹体侵彻贯穿RC板后的残余速度随FS值的增大而减小,其中FS值为0.3~0.8时,模拟得到的残余速度与试验值吻合较好;在模型中添加失效准则,当主应变取0.225~0.275或剪应变取0.4~0.5时,弹体以606、746、1058 m·s^(-1)的速度冲击贯穿RC板的残余速度计算值与试验值更接近;在考虑主应变失效、剪应变失效或二者共同作用时,FS值为0.8时的模拟结果与试验结果的吻合程度较好;拉伸应力失效准则不适用于较薄RC板遭受强冲击荷载作用的情况。

外贴钢板预制RC板的抗爆性能分析

对表面粘贴一定厚度钢板的钢筋混凝土板(RC板)进行了抗爆性能研究。考虑到大尺寸钢板制作的难度和现场施工的可行性,对外贴钢板的方法进行了进一步研究,提出了外贴钢板预制RC板的方法,并对不同宽长比θ预制RC板的抗爆性能进行了分析。结果表明:外贴钢板预制RC板的破坏程度随着宽长比θ的减小而增加,宽长比θ=0.50,且单块预制RC板宽度为1000 mm时尺寸较为合理。

附加交叉斜筋与环形钢筋对RC板抗爆性能的影响

为了研究附加交叉斜筋与环形钢筋对钢筋混凝土板(RC板)抗爆性能的影响,采用LS-DYNA软件对爆炸荷载作用下RC板进行了数值分析。选取典型的RC板抗爆试验文献作为参考依据验证了数值分析方法的正确性,并研究了爆炸荷载作用下,附加交叉斜筋与环形钢筋的RC单向板与RC双向板的动力响应与破坏形态。结果表明,选择合理的材料模型,数值分析结果可以精确地与试验结果相吻合。附加交叉斜筋与环形钢筋的单向RC板与双向RC板可以有效减小板中心最大位移与最大加速度,更加充分发挥受力钢筋的作用,降低板的破坏程度。附加交叉斜筋与环形钢筋均可提高RC板的抗爆性能,且提高程度大致相等。

RC板受冲切破坏的弯曲转角计算方法研究

RC板冲切破坏在高层建筑、桥梁结构中时有发生,其发生时往往伴随着错动变形和转动变形。在错动变形发生之前,板转动变形逐渐增加,表明板通过弯曲变形来抵抗外加荷载;当荷载接近板冲切承载力时,错动变形突然产生,随之板发生冲切破坏。因此,板弯曲转角反映了RC板抗弯性能对冲切性能的影响,其值往往通过模型试验获得,但试验成本较高,且试验加工、设计和加载较为耗时。现以RC板弯曲转角计算理论为基础,结合最新RC板冲切试验结果,考虑弯曲转角与板配筋率、混凝土抗压强度的关系,采用回归分析的方法给出了RC板冲切破坏时弯曲转角的理论计算方法,并结合现有试验数据和模型试验结果对其准确性进行了验证。

CFRP加固高温损伤RC板力学性能数值模拟

钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)结构在遭受火灾高温后力学性能发生损伤退化.为了探究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)加固高温损伤RC板的力学性能,基于“热学⁃力学”顺序单向耦合框架,开展了三维数值模拟.在模拟中,首先进行高温条件下RC板传热分析,获得其温度场变化;进而考虑钢筋和混凝土材料力学性能以及二者之间非线性粘结⁃滑移行为随温度的退化规律,假定外贴CRFP片材与混凝土之间的相互作用为完好粘结,建立CFRP加固高温损伤RC板三维有限元分析模型.在验证了三维数值模型合理性的基础上,分析了不同高温时间损伤RC板外贴CFRP加固后的破坏形态、承载力、挠度、刚度和内部应变等,评估了加固效果,进一步讨论了CFRP条带粘贴数量对加固效果的影响.结果表明:RC板受火后在四点加载下的破坏模式为典型弯曲破坏.随着受火时间增加,损伤更加严重,承载力和刚度等逐渐降低,钢筋和CFRP的应变增大.随着RC板高温损伤后粘贴CFRP层数增加,承载力和刚度增大,钢筋和CFRP的应变降低.此外,当板受火时间达到耐火极限90min时,粘贴2层CFRP加固可使其承载力恢复至90%以上.

不同钢纤维掺量C30 RC板爆炸震塌试验研究

通过对C30钢筋混凝土板与体积含量为1％和2％的2种C30钢纤维钢筋混凝土板TNT接触爆炸对比试验，考察了3种试验构件迎爆面和背爆面宏观破坏现象，分析了钢纤维掺量对C30钢纤维钢筋混凝土板迎爆面和背爆面局部破坏影响，得出了增加钢纤维掺量具有明显改善RC板抗震塌性能的结论，指出了不同钢纤维掺量时RC板具有不同局部震塌破坏特征，为钢筋混凝土抗爆设计提供参考。

高温下钢筋混凝土板抗冲击性能及其影响因素

钢筋混凝土(RC)结构在遭受火灾作用时,常会由于楼层坍塌而继发冲击作用,对楼板产生高温与冲击的耦合作用。该文同时考虑高温热力耦合效应和冲击荷载作用下的应变率效应,开展了高温下RC板抗冲击性能研究。通过分别将RC板抗火和抗冲击的试验结果与模拟结果进行对比,验证了该文所建立模型的正确性。分析获得了RC板在不同受火时间和不同能量冲击荷载作用下的动力响应,讨论了板厚和配筋率对高温下RC板抗冲击性能的影响。结果表明:火灾高温作用将显著影响RC板的抗冲击性能。随着受火时间的增加,RC板的冲切破坏损伤更加严重,RC板的跨中峰值位移也更大。板厚的增加能明显改善RC板的高温下的抗冲击性能,而配筋率的增加对RC板在高温下的抗冲击性能的影响有限。

化爆作用下FRP加固RC板的试验研究及动力响应分析

我国20世纪60年代、70年代修建的大量防护工程抗力等级较低,急需进行加固补强。进行了化爆作用下,外贴FRP条带加固钢筋混凝土(RC)双向板抗爆性能的试验研究。按介质-结构相互作用理论确定结构的爆炸冲击荷载,建立了加固板的三折线弯曲抗力模型,利用虚功原理建立了加固RC板的运动微分方程,按数值方法求解了外贴FRP加固双向板在化爆冲击波作用下的动力响应时程,分析结果与试验结果吻合较好。研究结果表明:外贴FRP条带加固可以有效延缓混凝土的开裂、限制裂缝的开展,提高RC双向板的刚度,减小结构位移,减轻结构破坏程度,外贴FRP加固RC双向板的抗爆炸冲击波能力得到了明显提高,外贴FRP条带在极限状态时发生了剥离破坏和断裂破坏。

爆炸荷载作用下RC单向简支板的优化设计

目前,对爆炸荷载作用下的钢筋混凝土(RC)结构和构件的设计主要采用控制其动力响应最大位移的方法,例如TM-5和ASCE的试算法,类似于静力作用下的极限状态设计法,虽然过程简单,却无法获得最优化的设计。由RC板的抗力—挠度(R-y)曲线分析可知,曲线下方面积代表板在爆炸荷载作用下可能吸收的能量,直接体现RC板抵抗爆炸荷载的能力。采用TM-5和ASCE推荐的单自由度体系简化RC简支单向板,选用双折线模型计算RC板的R-y曲线,分析不同配筋率的R-y曲线下方面积,面积最大时的配筋率即为该设计的最佳配筋率,改变板的几何尺寸,按上述方法分别得出不同设计方案的最佳配筋率。爆炸荷载作用下必须考虑应变率对混凝土和钢筋的应力影响和材料非线性,不能直接应用静力计算中的矩形等效原则简化计算,研究采用分层法迭代求解R-y双折线的特征值。研究成果和分析方法对爆炸荷载作用下的RC板的结构设计和加固设计具有较高的指导价值。

RC梁板表面嵌贴增强复合材料抗弯加固研究

多纤维增强复合材料不仅可以限制裂缝,同时可以更好地提高梁的抗弯承载能力,对于改善混凝土构件的适用性和耐久性能具有重要意义。目前关于RC梁板表面嵌贴多纤维增强复合材料抗弯加固缺乏研究,工程应用中对于嵌贴多纤维增强复合材料加固方法更无章可循。提出一种RC梁板表面嵌贴多纤维增强复合材料抗弯加固研究方法,从梁弯曲开始的机理出发,增强纤维复合材料对棍凝土梁弯曲的限制作用,定量分析了对弯曲角度和曲面宽度的影响,同时考虑了桥梁初始荷载效应,结合公路桥梁提出了粘贴纤维布加固后的抗弯计算方法。仿真实验通过5片混凝土简支T梁的模型试验,结果证明RC梁板表面嵌贴多纤维增强复合材料抗弯加固合理性。

RC双向板的优化设计

提出了 RC双向板的优化设计方法。该法以板的总造价为目标函数 ,以规范对双向板的强度和刚度等要求为约束条件 ,优化结果以显函数形式给出 ,使用方便。

预应力碳纤维布加固RC单向板的非线性有限元分析

为了研究预应力碳纤维布对单向板加固的影响,文章利用ANSYS有限元软件,以相关文献试验中G3板为例,建立非线性有限元模型并验证模型的正确性;再根据单向板是否采用碳纤维布加固及碳纤维布预应力水平和厚度取不同值共建立5块加固板,分别对5块加固板的裂缝、抗弯承载力、跨中挠度、碳纤维布的拉应变及加固材料的界面应力进行了对比分析。分析表明:与其他板相比,预应力的施加,充分发挥了碳纤维布的高强性,有效地延迟了裂缝的出现,提高了板的抗弯承载力及剥离承载力;但在使用预应力碳纤维布加固时,应同时考虑加固板的端部剥离及对延性的影响。

端部损伤控制型RC带板梁抗震性能研究

楼板对梁端的加强作用是影响框架梁抗震性能的重要因素。合理有效的控制框架梁在地震作用下的损伤破坏机制,是提高其抗震性能的重要手段。文章基于损伤控制思想,设计并进行了端部损伤控制型钢筋混凝土带板梁试件的低周反复荷载试验,研究了各试件的破坏特征、滞回特性、骨架曲线、承载力和延性系数以及累积滞回耗能等抗震性能。结果表明:带板梁端部设置无粘结钢筋段后,于试件梁端和无粘结钢筋段上端形成多个集中耗能区域,试件承载后期变形能力增强;各损伤控制型带板梁端部承载力基本不变而延性明显改善,延性系数提高约32.1%~86.7%;带板梁端部外包薄钢板后塑性铰范围的增大,会使结构的累积耗能能力提高约65%~86%。

RC梁板表层嵌贴FRP的抗弯加固研究进展

表层嵌贴纤维增强复合材料(FRP)是一种新生的、富有发展前景的钢筋混凝土(RC)构件抗弯加固方法,目前研究成果数量有限。本文分别从试验研究、破坏模式与抗弯承载力计算等方面对现有研究进行了总结,可供国内今后开展相关的研究与工程应用参考。

RC简支空心板桥梁病害分析与检测加固方法的分析

随着城市化的不断推进,城市的基础设施也在不断地建设,桥梁作为交通道路中重要的一部分,其中存在的安全隐患,深受人们关注。本文就RC简支空心板桥梁病害与检测加固方法进行分析,阐述了各种病害的发生机理,同时,提出了加固意见,以期为桥梁工作人员提供参考。