沖擊荷載作用下鋼筋混凝土梁響應特征及設計方法研究.pdf

1、鋼筋混凝土結構在使用過程中可能會遭受各種沖擊荷載的作用。作為混凝土結構中最基本的構件，鋼筋混凝土梁的抗沖擊性能是土木工程防災減災領域研究的重要課題之一。本文通過試驗、有限元模擬、簡化模型計算等方法對沖擊荷載作用下鋼筋混凝土梁的動力行為特征及相關設計方法進行了研究，本文的主要研究工作如下：
　　1.進行了一組較小尺寸鋼筋混凝土梁（截面尺寸100mm×250mm）的落錘沖擊試驗，研究了沖擊速度和沖擊質量對于梁動力抗彎性能的影響。試驗中

2、量測了沖擊力、支反力、跨中位移、縱筋應變和混凝土應變，并用高速攝像機記錄了沖擊過程中的裂縫發(fā)展。試驗梁呈現(xiàn)了兩種不同的梁錘接觸區(qū)域破壞模式。隨沖擊速度提高和沖擊質量減小，落錘動能轉化為梁整體變形耗能的比例減小，更多能量消耗在梁錘接觸區(qū)域的局部破壞上。通過對本次試驗和前人試驗結果的統(tǒng)計分析，提出了估算沖擊荷載作用下梁體最大撓度的經驗公式。
　　2.采用非線性動力有限元軟件LS-DYNA對于較小尺寸鋼筋混凝土梁落錘沖擊試驗進行了數(shù)值模

3、擬，并利用模擬結果對于沖擊過程中的能量轉化進行了研究。將鋼筋混凝土梁的沖擊過程簡化為雙質點模型，并利用該模型進行了更廣泛沖擊工況下鋼筋混凝土梁的沖擊響應計算，繪制了可用于彎曲破壞型鋼筋混凝土梁損傷評估的等損曲線。通過對等損曲線的無量綱化，將其推廣為可應用于各種截面尺寸和材料參數(shù)的鋼筋混凝土梁的抗沖擊損傷評估。
　　3.進行了一組較大尺寸鋼筋混凝土梁（截面尺寸200mm×500mm）的落錘沖擊試驗，試驗變量為梁跨度、配箍率、落錘質量

4、和沖擊速度。基于試驗結果對于鋼筋混凝土梁的剪切破壞形態(tài)和破壞過程進行了詳細描述，并結合沖擊力、支反力、跨中位移、鋼筋應變等實測數(shù)據(jù)比較分析了剪切破壞型與彎曲破壞型鋼筋混凝土梁動力響應的特點?；趯崪y加速度數(shù)據(jù)得到了梁體在沖擊過程中的動態(tài)剪力分布，并分析了應力波傳播效應對于梁體抗沖擊響應的影響。
　　4.利用LS-DYNA建立有限元模型對于較大尺寸鋼筋混凝土梁落錘沖擊試驗進行了仿真分析。并在仿真結果基礎上研究了梁體在沖擊荷載下的剪力

5、和彎矩分布以及剪切臨界截面上的荷載特性。利用經驗證的有限元模型進行了不同跨度的鋼筋混凝土梁的抗沖擊響應分析，進一步采用考慮高階振型影響的鐵摩辛柯梁模型分析了梁跨度對于沖擊前期梁體響應的影響機理。提出了一種考慮應力波傳播效應的改進雙質點模型，通過與不考慮應力波傳播效應的傳統(tǒng)雙質點模型的計算結果比較展示了應力波傳播效應對于鋼筋混凝土梁抗沖擊響應的影響程度。
　　5.根據(jù)有限元計算得到臨界截面上的荷載特性，采用有效跨度概念建立靜力模型來