钢筋混凝土结构在车辆撞击作用下的性能研究

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钢筋混凝土框架结构具有传统的空间布局和承载方式,目前被广泛应用于建筑结构的承重体系中。框架柱作为框架结构的主要受力构件,在役期间可能会遭到意外的冲击。汽车的撞击是一种常见的冲击荷载,研究钢筋混凝土结构在汽车撞击作用下的性能具有重要的意义。基于此,本文运用显式动力分析软件LS-DYNA首先建立了汽车-钢筋混凝土柱的有限元模型,并验证了模型的有效性,然后对以下问题进行了研究:(1)采用参数化分析方法研究了汽车撞击速度、撞击角度、混凝土轴心抗压强度、柱截面惯性矩以及配箍率等参数对汽车碰撞力和钢筋混凝土柱在汽车撞击作用下的动力响应的影响;(2)研究了不同车型撞击作用下钢筋混凝土柱的破坏模式,分析了钢筋混凝土柱耐撞性差的主要原因,提出了两种提高钢筋混凝土柱耐撞性能的措施,并对该措施的有效性加以验证;(3)采用多尺度建模的方法,建立了钢筋混凝土框架结构的整体有限元模型,对框架结构在底层柱遭到车辆撞击作用后的倒塌进行分析。研究的结果表明:钢筋混凝土柱的位移响应会随着汽车撞击角度的增大而增大;提高柱子截面惯性矩和混凝土轴心抗压强度均能显著降低柱子的位移响应,而适当提高柱子配箍率的效果却不明显;汽车碰撞力受车速、撞击角度、汽车吨位以及柱截面惯性矩的影响,其中,柱截面惯性矩对汽车碰撞力的影响最为显著;我国规范对汽车碰撞力的取值略显不足;不同车型撞击作用下钢筋混凝土柱的破坏模式不同,混凝土的剥落是导致钢筋混凝土柱耐撞性差的主要原因;钢筋混凝土框架结构在底层角柱遭到车辆撞击作用后会发生局部性倒塌。
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