沖擊載荷作用下拱結(jié)構(gòu)瞬態(tài)動(dòng)力響應(yīng)研究.pdf

1、現(xiàn)如今，大跨度空間結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于機(jī)場航站樓、大型體育館、工業(yè)建筑、軍用建筑等土木工程中。伴隨社會(huì)進(jìn)步，生活水平的提高，人們對空間結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)和安全性能提出更高要求。同時(shí)大跨度空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平成為衡量一個(gè)國家建筑科技水平的標(biāo)準(zhǔn)。然而不幸的是，地震、海嘯、臺(tái)風(fēng)、恐怖襲擊等自然或人為災(zāi)害可能對這類建筑造成嚴(yán)重破壞，國內(nèi)外媒體對此已有報(bào)道。拱結(jié)構(gòu)作為大跨度空間結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件形式，其遭受沖擊、爆炸等非設(shè)計(jì)載荷的可能性日益增加，對于其動(dòng)態(tài)響應(yīng)機(jī)制的

2、研究極其重要。
　　本文首先通過試驗(yàn)研究集中沖擊下拱結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)機(jī)制及能量耗散規(guī)律。試驗(yàn)選用應(yīng)變率非敏感材料鋁加工試件，采用空氣槍，并配合高速攝像機(jī)拍攝高速撞擊下拱結(jié)構(gòu)整個(gè)變形過程。激光測距儀和游標(biāo)卡尺測量深/淺拱的跨中變形。根據(jù)不同速度撞擊下跨中位移變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，其存在速度敏感區(qū)，即較小的速度增量會(huì)引起跨中位移快速增加。但此過程并未涉及跳躍失穩(wěn)。
　　然后應(yīng)用通用有限元程序 ABAQUS對深/淺拱結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值

3、模擬。根據(jù)響應(yīng)過程中軸力、彎矩的變化規(guī)律，并結(jié)合塑性耗能特點(diǎn)，將響應(yīng)過程分為若干階段。集中撞擊下，淺拱響應(yīng)過程為：1）軸向受拉區(qū)段延伸、彈塑性彎曲波傳播階段；2）彈塑性彎曲波相互作用及撞擊點(diǎn)處駐定鉸消失階段；3）軸向拉伸階段；4）彈性自由振動(dòng)階段。深拱響應(yīng)過程為：1）軸向受拉區(qū)段延伸、彈塑性彎曲波傳播階段；2）彈塑性彎曲波相互作用及撞擊點(diǎn)處駐定鉸初次消失階段；3）軸向拉伸與駐定鉸階段；4）端部和撞擊點(diǎn)處駐定鉸，撞擊點(diǎn)和端部之間受彎塑性區(qū)

4、縮短階段；5）彈性自由振動(dòng)階段。數(shù)值模擬表明，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的速度敏感區(qū)形成在于：端部形成塑性鉸，同時(shí)拱內(nèi)軸力作用很小，類似于懸臂拱響應(yīng)機(jī)制。在整個(gè)響應(yīng)過程中，深/淺拱的主要耗能區(qū)為撞擊處和端部。占全長1000的拱段塑性耗能超過輸入動(dòng)能的5000。此外，數(shù)值模擬還對斜向撞擊下拱結(jié)構(gòu)響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行了初步探索。
　　結(jié)合國外學(xué)者實(shí)驗(yàn)研究成果，本文對徑向均布沖擊載荷作用下拱結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了有限元模擬分析。根據(jù)內(nèi)力變化規(guī)律，可將其響應(yīng)分為：1）