冲击损伤后RC短柱剩余承载能力试验研究

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混凝土的使用大约已有150多年的历史,与钢、木和砌体材料相比,混凝土具有材料来源、物理力学性能以及工程造价等方面的优点,所以混凝土在土木工程结构中的应用相当广泛,发展的速度也特别快。钢筋混凝土结构在服役期间,不仅受到传统荷载(如恒载、活载、地震作用以及吊车荷载)的作用,还有可能受到偶然荷载的作用,比如:爆炸荷载、冲击荷载。当冲击能量较大时,结构会整体失效甚至倒塌,而在一般情况下,冲击能量不足以导致结构的整体失效甚至倒塌,但冲击后钢筋混凝土结构的动力特性改变,承载能力下降。因此,在分析钢筋混凝土结构冲击性能的同时,研究一种有效评估钢筋混凝土冲击损伤程度的方法,对钢筋混凝土结构的剩余承载力评估及其损伤后的加固改造具有重要意义。本文采用了哈尔滨工业大学土木学院抗爆防爆实验室的落锤试验机对RC短柱试件进行了试验,并用ZBL-U510非金属超声仪检测试件的损伤程度,然后用5000kN压力机对RC短柱进行轴压试验检测其剩余承载能力。最后用大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟分析。以下为本文的主要研究内容:(1)利用落锤试验机对RC短柱施加冲击荷载,冲击过程中测得冲击力时程曲线、混凝土应变时程曲线、钢筋应变时程曲线,并利用高速摄像机记录冲击的全过程。(2)利用非金属超声仪ZBL-U510对损伤前后的RC短柱进行超声检测,对比分析损伤前后RC短柱的声学参数的变化,得出损伤因子D和非线性超声系数β,并建立损伤因子D和非线性超声系数β与冲击后剩余承载力的关系公式。(3)利用5000kN压力机获得损伤后RC短柱的轴力-位移关系曲线,得到损伤后RC短柱的弹性模量、极限承载力、峰值位移等。(4)通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟冲击过程,得到冲击力时程曲线,并与试验值进行对比。
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