钢筋混凝土悬臂构件的防撞试验研究

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土木工程结构不仅要满足正常使用条件荷载作用的结构性能和耐久性要求,同时还要满足能够抵御意外事故(如撞击、地震和爆炸等强动荷载)。结构撞击及其防护问题是重大工程结构(如桥梁、高层建筑等)所面临的主要难题之一,因此,有必要对结构撞击及防撞问题进行研究,研究多种因素下结构的撞击反应及其防撞设计方法。  本文开展RC悬臂构件撞击反应及防撞的试验研究,研究在不同接触面下RC悬臂构件的撞击反应特性。同时,开展采用不同防撞装置时悬臂构件撞击反应的对比试验,考察不同防撞装置的耐撞性和防撞性能;分析了撞击反应规律及其影响因素,选择合理的防撞装置;对影响防撞装置防撞性能的主要因素开展试验研究。最后,进行RC悬臂构件撞击反应的有限元模拟。  本文主要研究内容如下:  (1) RC悬臂构件的撞击反应试验以两种不同长度的RC悬臂构件为试验对象,进行结构撞击反应的试验研究,研究不同接触面时RC悬臂构件在撞击荷载作用下的撞击力、结构变形及钢筋应变的时程曲线。试验表明接触面大小对撞击力峰值有显著影响,随着接触面的增大,撞击力峰值也呈现增大趋势,但接触面大小对结构位移影响较小。  (2) RC悬臂构件的防撞试验选择泡沫、橡胶、钢管3种防撞材料,共设计4种防撞装置。考察采用不同防撞装置时RC悬臂构件的撞击力、结构变形及钢筋应变时程曲线。试验表明采用泡沫防撞时构件的撞击力峰值、结构撞击变形及钢筋应变均得到显著降低,泡沫耗能能力强,但受撞后泡沫易碎;采用橡胶防撞时构件的撞击力峰值也显著降低,但结构变形及钢筋应变降低不如泡沫,不过橡胶具有良好的恢复变形能力;采用组合钢管防撞时,钢管的刚度较大,塑形变形较小,故耗能能力一般。  (3)防撞装置防撞性能影响因素的试验研究针对两种不同刚度的RC悬臂构件,开展不同撞击能量的防撞试验研究,对比相同撞击能量下的撞击力峰值;考察撞击质量及速度的改变对防撞装置防撞性能的影响。试验表明,同一撞击能作用下,小质量大速度撞击更有利于发挥防撞装置的防撞效果。  (4) RC悬臂构件撞击反应的非线性有限元模拟采用有限元软件ANSYS建立了两种不同刚度RC悬臂构件的碰撞模型,并采用LS-DYNA软件进行非线性撞击数值模拟,模拟分析结果与试验结构吻合较好,验证了本文试验方法及试验结果的可靠性,同时也验证了有限元模拟中参数选择的合理性。  
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