爆炸荷载作用下带初始裂纹钢筋混凝土板的动态响应及加固数值模拟研究

发布时间：2017-04-16 07:22

  本文关键词：爆炸荷载作用下带初始裂纹钢筋混凝土板的动态响应及加固数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文首先总结了近年来钢筋混凝土结构抗爆性能研究的发展历程及未来趋势,进而利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件依据试验数据对爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的动态响应进行了数值模拟研究。在此基础上,分析了初始裂纹的存在对钢筋混凝土板在爆炸荷载作用下的影响,并研究了不同裂纹参数(角度、宽度及深度等)对带初始裂纹钢筋混凝土板动态响应的影响。最后利用CFRP对带初始裂纹钢筋混凝土板进行加固后并研究了不同加固层数、尺寸等因素对加固后裂纹板的抗爆性能的影响规律。主要研究成果如下:(1)对普通钢筋混凝土板在爆炸荷载作用下的动态响应进行了数值模拟。发现爆炸冲击波在普通板底面形成强拉伸波,反复拉伸使得普通板底面主要发生弯曲破坏。在普通板迎爆面沿纵向方向出现一条贯穿主裂纹,背爆面中间部分出现塑性区域,并出现数条受拉裂缝。对比文献中试验结果发现,普通钢筋混凝土板破坏形态的数值模拟结果与实验基本一致,从而验证了数值模型。最后在此基础上对影响爆炸作用下普通钢筋混凝土板破坏形式的几种不同因素:炸药量、起爆距离及板厚等进行了研究。(2)对带初始裂纹钢筋混凝土板在爆炸荷载作用下的动态响应进行了数值模拟。研究发现初始裂纹的存在使钢筋混凝土板更容易发生破坏并且在初始裂纹截面导致了一个明显的应力集中破坏,破坏首先由裂纹尖端开始,向板四周扩展;与不带裂纹的普通钢筋混凝土板相比,初始裂纹使得混凝土板板底混凝土开裂时间提前;且同样条件下带裂纹钢筋混凝土板的跨中最大位移较普通钢筋混凝土板增加了17.45%,这表明钢筋混凝土板存在初始裂纹时板的破坏程度和变形程度更为严重。接下来在此基础上,研究了初始裂纹的角度、裂纹宽度、及裂纹深度等因素对钢筋混凝土板的动态响应的影响,发现在小范围内改变裂纹的角度、宽度及深度时,对带初始裂纹钢筋混凝土板的跨中挠度影响不大;最后对不同炸药量及不同起爆距离下带裂纹钢筋混凝土板进行了数值模拟分析,发现带初始裂纹钢筋混凝土板的跨中最大位移峰值随着TNT炸药量的增加而增大,随着起爆距离的增加而减小。(3)对CFRP加固后的带初始裂纹钢筋混凝土板进行了数值模拟。发现加固后,CFRP能够推迟混凝土开裂时间,阻止裂缝的开展,抑制了板的变形和开裂程度,改善板的抗爆性能,延长板的使用寿命。随着CFRP粘贴层数及粘贴尺寸的增加,带初始裂纹钢筋混凝土板的抗爆性能不断增强,但综合考虑经济性及延性,CFRP粘贴层数及粘贴尺寸的选择具有最优值。
【关键词】：钢筋混凝土板 初始裂纹 爆炸荷载 CFRP加固 数值模拟
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU375.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 研究的目的与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 钢筋混凝土板的抗爆试验研究11-12
• 1.2.2 钢筋混凝土板的抗爆数值模拟研究12
• 1.2.3 带初始裂纹板结构性能研究12-13
• 1.2.4 加固后板结构性能研究13-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-16
• 2 爆炸荷载及损伤响应16-23
• 2.1 引言16
• 2.2 爆炸荷载的特点16
• 2.3 爆炸冲击波的产生及传播16-18
• 2.4 爆炸荷载基本参数18-21
• 2.4.1 相似定律18
• 2.4.2 正向阶段参数18-20
• 2.4.3 负向阶段参数20
• 2.4.4 压力时称曲线衰减关系20-21
• 2.5 爆炸对结构的损伤效应21
• 2.6 结论21-23
• 3 爆炸荷载作用下普通钢筋混凝土板动态响应数值模拟23-40
• 3.1 引言23
• 3.2 有限元软件及算法介绍23-25
• 3.2.1 LS-DYNA软件介绍23-24
• 3.2.2 LS-DYNA主要算法24-25
• 3.3 爆炸荷载下普通钢筋混凝土板数值模型建立25-32
• 3.3.1 有限元模型建模方式25-26
• 3.3.2 单元选择26-27
• 3.3.3 材料模型27-29
• 3.3.4 应变率效应29-31
• 3.3.5 材料的失效定义31
• 3.3.6 爆炸荷载31
• 3.3.7 边界条件与接触算法31-32
• 3.4 爆炸荷载下普通钢筋混凝土板数值模型验证32-34
• 3.4.1 钢筋混凝土板有限元模型32-33
• 3.4.2 数值模拟结果分析33-34
• 3.5 爆炸荷载下普通钢筋混凝土板破坏影响因素分析34-38
• 3.5.1 炸药量的影响34-36
• 3.5.2 起爆距离的影响36-37
• 3.5.3 板厚的影响37-38
• 3.6 结论38-40
• 4 爆炸荷载作用下带初始裂纹钢筋混凝土板动态响应数值模拟40-53
• 4.1 引言40
• 4.2 裂纹分类40-41
• 4.3 奇异单元41
• 4.4 爆炸荷载下带初始裂纹钢筋混凝土板的数值模型建立41-43
• 4.5 爆炸荷载下带初始裂纹钢筋混凝土板的数值模拟结果与分析43-45
• 4.6 爆炸荷载下带初始裂纹钢筋混凝土板的破坏影响因素分析45-52
• 4.6.1 裂纹角度的影响45-46
• 4.6.2 裂纹宽度的影响46-48
• 4.6.3 裂纹深度的影响48-49
• 4.6.4 炸药量的影响49-51
• 4.6.5 起爆距离的影响51-52
• 4.7 结论52-53
• 5 爆炸荷载作用下CFRP加固带初始裂纹板动态响应数值模拟53-60
• 5.1 引言53
• 5.2 爆炸荷载下CFRP加固后带初始裂纹板的数值模型建立53-54
• 5.3 爆炸荷载下CFRP加固后带初始裂纹板的数值模拟结果及分析54-55
• 5.4 CFRP粘贴层数及尺寸对加固裂纹板抗爆性能的影响55-58
• 5.4.1 CFRP粘贴层数的影响56-57
• 5.4.2 CFRP尺寸的影响57-58
• 5.5 结论58-60
• 6 结论与展望60-62
• 6.1 本文结论60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士期间发表学术论文情况66-67
• 致谢67

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  本文关键词：爆炸荷载作用下带初始裂纹钢筋混凝土板的动态响应及加固数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：310311