爆炸冲击荷载作用下钢骨混凝土柱性能研究

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钢骨混凝土(SRC)构件是由混凝土、型钢、纵筋、箍筋等材料构成,属于典型的非匀质材料。在爆炸冲击荷载作用下,由于应力波在钢骨混凝土构件中的传播途径、混凝土材料、钢骨和混凝土之间粘结关系等都非常复杂,所以研究钢骨混凝土构件在爆炸冲击荷载作用下的反应特征和破坏模式非常困难。 本文主要以LS—DYNA软件数值模拟为基础,对钢骨混凝土柱在爆炸冲击荷载作用下的反应特征和破坏模式进行研究分析。主要研究工作和结论有下面几点: ①LS—DYNA软件中的CONCRETE—DAMAGE材料模型由于可以综合考虑混凝土材料的损伤软化、应变率效应等多种特性,可以很好模拟混凝土材料在爆炸冲击荷载作用下的特性;考虑剪切失效的接触算法(TSTS)可以较好模拟钢骨与混凝土之间的粘结特性;Erosion算法可以模拟混凝土材料的断裂失效;本文的大量研究分析基于LS—DYNA软件进行,通过阅读大量文献,确定出适宜于钢骨混凝土柱抗爆研究分析的各种模型参数; ②由于建筑结构的基本周期(一般以s为单位)比爆炸空气冲击波荷载作用时间和结构构件的基本周期(一般以ms为单位)长许多,所以结构构件在局部爆炸冲击波荷载作用下的反应主要以结构构件反应为主;框架柱在爆炸冲击波荷载作用下可以简化为两端固接的单根杆件进行分析; ③钢骨混凝土柱在爆炸冲击荷载作用下的反应可以用波动过程、冲量反应过程和能量反应过程来分析;在实际中三个过程都存在,先是波动过程,然后是冲量反应过程,最后是能量反应过程;对于波动过程,在钢骨混凝土柱跨中范围,可以简化为平面波动理论;但是在支座附近,由于沿轴向位移梯度变化很大,存在很大的剪应力,所以平面波动理论不成立,只能用复杂的空间波动理论分析;钢骨的存在,会对钢骨混凝土柱内的应力波产生较大的影响,使得应力波在钢骨混凝土柱内的传播途径非常复杂; ④在爆炸空气冲击波荷载作用下,钢骨混凝土柱中混凝土的断裂破坏模式可以分为三类:当爆炸空气冲击波荷载幅值非常大时,则会在钢骨混凝土柱内激发起足够强度的应力波,直接导致材料破坏,该破坏模式非常突然,一般为零点几毫秒;当冲击波超压幅值不太大,但是冲击波冲量较大时,使得钢骨混
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