接触爆炸荷载作用下钢-混凝土组合梁性能研究

来源 :同济大学土木工程学院 同济大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunj2009
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钢-混凝土组合梁由混凝土、钢梁、纵筋和抗剪键等材料组成,属非均质材料,在接触爆炸荷载作用下,由于应力波的传播过程、混凝土材料模型及材料参数、钢-混凝土组合梁的变形形式等都非常复杂,所以研究钢-混凝土组合梁在接触爆炸荷载作用下的动力响应及破坏特征比较困难。 本文运用LS-DYNA软件进行数值模拟分析,对钢-混凝土组合梁在接触爆炸荷载下的特性进行了研究分析,主要研究工作和结论有以下几点: 1、混凝土材料采用可以考虑大应变、高应变率及高压效应的H-J-C模型,此模型可以较好的模拟混凝土材料在爆炸波作用下的特性;EROSION算法可以较好的模拟混凝土材料的断裂失效。 2、通过对不同约束条件的钢-混凝土组合梁进行对比分析,约束条件对钢-混凝土组合梁的内力和变形影响较小;对于钢筋混凝土板与钢梁上翼缘面的接触算法,则通过对考虑剪节失效的接触算法(TSTS)和完全粘结算法(TDSS)进行对比分析,其影响差别较小,在本文的分析中采用完全粘结的TDSS接触算法;而钢-混凝土组合梁中的初始应力则在分析中取统一值进行分析,以便考虑初始应力的影响。 3、在接触爆炸荷载下,钢-混凝土组合梁在刚加载的初始阶段变形主要以局部变形为主,随着时间的增长,钢混凝土组合梁开始产生整体运动,并且腹板与翼缘都有不同程度的屈曲变形。 4、钢-混凝土组合梁在接触爆炸荷载下的反应过程可以用波动过程、冲量过程和能量反应过程来分析,当荷载作用时间很短时,可用冲量原理来解释,当荷载作用时间大于波在钢-混凝土组合梁高度方向的传播时间时,对钢-混凝土组合梁的分析首先是波动过程,然后是冲量反应过程,最后是能量反应过程。 5、冲击波在钢-混凝土组合梁内传播时,由于混凝土板与工字钢上翼缘接触面的影响,冲击波将产生反射及透射现象,在钢-混凝土组合梁内产生反射压缩波(或反射拉伸波)和透射压缩波(或透射拉伸波),由于冲击波的多次反射及透射现象,将在钢-混凝土组合梁内形成复杂的冲击波作用过程,其中,在混凝土板产生的层裂现象就是由于反射拉伸波在混凝土内产生的拉应力大于混凝土的最大拉应力造成的。 6、在不同的装药爆炸情况下,钢-混凝土组合梁主要有三种不同的破坏形式,分别是Ⅰ区钢筋混凝土板的局部破碎、Ⅱ区钢筋混凝土板破坏后钢梁的弯曲破坏和钢-混凝土组合梁的局部冲切破坏。 7、通过数值模拟与理论相结合的方法,建立了钢-混凝土组合梁在接触爆炸荷载作用下的等效单自由度能量分析方法,为钢-混凝土组合梁的抗爆简化设计和抗爆验算提供了简化方法。 8、给出了钢-混凝土组合梁抗爆设计与抗爆验算流程图,可清晰明了的了解实际工程中钢-混凝土组合梁的抗爆设计与抗爆验算过程。
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