新型双钢板-混凝土组合剪力墙抗冲击性能及抗爆性能研究

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双钢板-混凝土组合结构,通常由两块外侧的钢板以及中间的核心混凝土层组成。该结构最初设计用于抵抗偶然荷载的防护结构或沉管隧道中,能够承受较大的冲击以及爆炸作用。本文以一种以槽钢作为连接件的双钢板-混凝土组合剪力墙为研究对象,分别从落锤冲击试验、冲击荷载作用下双钢板-混凝土组合剪力墙抗冲击性能有限元分析、爆炸荷载作用下双钢板-混凝土组合剪力墙抗爆性能有限元分析三个方面研究了这种新型双钢板-混凝土组合剪力墙抗冲击和抗爆性能。本文主要研究内容与结论如下:(1)为研究新型双钢板-混凝土组合剪力墙在低速冲击荷载下的力学性能,对10个双钢板-混凝土组合剪力墙试件进行了在简支条件下的低速落锤冲击试验。研究了新型双钢板-混凝土组合剪力墙在不同冲击能量、连接件间距、钢板厚度和有无暗柱等参数下墙体的抗冲击性能。研究表明,钢板厚度对组合墙抗冲击性能影响最为明显,在钢板厚度从3mm增加到6mm时,组合墙最大残余变形减小了49.6%;落锤冲击试验中,组合墙的破坏模式主要有三种:跨中弯曲破坏、局部破坏以及钢板与混凝土分离破坏。(2)基于ANSYS/LS-DYNA显示动力分析软件,使用全实体单元建立新型双钢板-混凝土组合剪力墙的精细化有限元模型,分析墙体在落锤冲击下的动态响应。与冲击试验结果进行对比,验证了这种精细化建模方式的准确性。进一步探讨了轴向压力和混凝土强度对组合墙在低速冲击荷载下动态响应的影响。研究表明,较低的轴压荷载(轴压比0.3)能使组合墙在冲击作用下的变形减小10%左右,随轴压比的增加组合墙的抗冲击性能显著下降;混凝土强度对组合墙抗冲击性能影响较小,C30混凝土与C60混凝土相比,最大残余变形减小了8.4%。(3)基于验证后的有限元模型,开展了新型双钢板-混凝土组合剪力墙模型在爆炸荷载下的数值分析。主要包括两部分内容:模拟双钢板-混凝土组合剪力墙构件在爆炸荷载下的动态响应,研究不同爆炸荷载下墙体主要的破坏模式;基于多尺度建模方法,使用LS-DYNA对一简化后的钢筋混凝土框架-核心筒结构建立有限元模型,探讨在爆炸荷载下不同的剪力墙形式对结构整体安全性能的影响。
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