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适合于非连续介质、大变形行为的数值分析方法——离散单元法已经被引入到钢筋混凝土结构的倒塌反应分析。目前基于离散单元法的钢筋混凝土结构倒塌反应分析中,对于大变形后单元间相互作用的主要方式——碰撞问题的处理所采用的方法,如准静态分析法、动能损耗系数法和碰撞恢复因数法,都存在问题,前一方法忽略了碰撞的动态效应,后两种方法只给出一个固定不变的动能损耗系数或碰撞恢复因数。
鉴于此,在对两(准)刚体碰撞的基本理论总结和分析的基础上,设计30对混凝土立方块体,分别通过单摆和垂直轨道试验系统,进行了四组面面对心碰撞试验。研究参数包括两块体质量比、初始相对碰撞速度、块体绝对质量和初始相对碰撞加速度。通过LS-DYNA有限元程序再现了上述试验过程。在此基础上,进行了块体面面对心碰撞拓展和补充数值试验,两混凝土立方块体的面面非对心、线面、点面和线线碰撞数值试验,以及两混凝土板的面面对心碰撞数值试验。在物理试验和数值试验的基础上,通过多元非线性回归分析,得到了两混凝土块体及板面面对心等不同情况下的基于冲量的碰撞模型。基于提出的两混凝土块体碰撞模型,通过递次碰撞假设,将其引入到钢筋混凝土框架结构空间倒塌分析模型这一多体系统中,完善了钢筋混凝土框架结构空间倒塌仿真理论。同时,通过文献中一三层一跨钢筋混凝土框架缩尺模型模拟地震振动台试验,对倒塌仿真系统进行了验证,并与未考虑单元间碰撞作用的仿真结果进行了对比,表明考虑单元间碰撞作用时,结构倒塌过程和倒塌后瓦砾堆积情况都更趋真实。