冲击作用下钢筋混凝土柱力学性能研究

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土木工程结构在其服役年限内可能遭受各种极端荷载作用,如地震、海啸、火灾、撞击、爆炸等。结构在极端荷载作用下可能发生严重的损坏,给生命财产安全带来巨大的威胁。在这些极端荷载中,冲击荷载受到了特别的关注。尤其近些年来,随着交通基础设施的快速建设和机动车数量的持续增长,工程结构遭受车船等交通工具撞击的威胁性越来越大,对工程结构的抗冲击性能提出了更高的要求。迄今为止,钢筋混凝土结构依然是土木工程领域应用最广泛的结构形式之一,研究并提高此类结构的抗冲击性能具有十分重大的理论意义和工程价值,因此钢筋混凝土构件的抗冲击研究必然是重要的课题之一。本文对钢筋混凝土柱构件在水平冲击作用下的抗冲击性能进行了研究,主要研究内容如下:  (1)对相关领域进行了文献综述分析,包括钢材和混凝土材料的动态力学性能和冲击作用下钢筋混凝土构件力学性能研究。分析表明,钢筋混凝土构件抗冲击剪切行为试验研究非常匮乏;一些关键问题尚未解决,例如混凝土柱在冲击作用下的破坏机理等。  (2)使用大型水平撞击试验机对圆截面钢筋混凝土柱进行了水平冲击试验。试验变量包括冲击速度、箍筋间距和边界条件等。试验得到了详细的试验结果,例如构件的最终破坏形态、裂缝发展过程、冲击力(和支座反力)时间历程、冲击力-位移关系和柱水平变形曲线等。此外,本文对试验结果进行了讨论,考察了冲击速度、箍筋间距和边界条件对钢筋混凝土柱抗冲击行为的影响。  (3)对 LS-DYNA软件中常见的混凝土和钢筋材料模型进行了简单的回顾,对钢筋混凝土构件的不同建模方法进行了对比和分析。本文使用 ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了冲击作用下圆截面混凝土柱三维有限元数值模型。在该模型的基础上,对钢筋混凝土悬臂柱进行了非线性动力分析,分析结果包括冲击力、车辆位移、柱变形和破坏模式等结果。  综上所述,本文采用试验研究和有限元模拟两种方法对钢筋混凝土柱的抗冲击性能进行了分析,重点讨论了冲击作用下钢筋混凝土柱的变形特点、冲击力特征值和最终破坏模式等。
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