含初始小裂纹钢筋混凝土梁抗爆加固数值模拟研究

发布时间：2017-05-03 13:09

  本文关键词：含初始小裂纹钢筋混凝土梁抗爆加固数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,恐怖袭击和日常爆炸事故引起的爆炸灾害频繁发生,导致临近建筑物严重破坏甚至灾难性坍塌。钢筋混凝土结构的抗爆与加固技术是当前建筑结构安全问题的研究热点之一。钢筋混凝土梁作为建筑结构中重要的承重构件之一,在爆炸荷载作用下发生破坏很可能导致整个结构的坍塌。目前,国内外学者对钢筋混凝土梁的抗爆研究主要局限在无缺陷的理想模型,不考虑初始缺陷(初始小裂纹、刻痕、微小缺口等)的影响,但初始缺陷对结构的使用寿命和抗爆性能具有不利影响,可能使得结构存在一定程度的不安全因素。此外,作为一项新颖的加固技术,利用碳纤维布对结构构件进行加固与修复,可有效提高被加固构件的静强度和疲劳强度。因此,开展含初始小裂纹钢筋混凝土梁抗爆加固数值模拟研究具有重要的理论意义和工程参考价值。基于此,本文采用大型非线性动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA,数值模拟研究了空爆载荷作用下钢筋混凝土梁的压力场与动力响应;初始小裂纹的存在对钢筋混凝土梁动力响应与失效行为的影响和采用碳纤维布局部全包裹加固后的含初始小裂纹钢筋混凝土梁的抗爆性等三方面研究内容。主要取得如下研究成果:(1)空爆形成的冲击波先以近似球状的波阵面形式自由向外传播,遇到钢筋混凝土梁后发生明显的反射和透射现象;当接近梁上表面时,冲击波发生正反射,超压峰值明显升高;当冲击波传播至梁底面时,由于反射形成强拉伸波,导致梁跨中处的底面先出现损伤拉伸破坏;梁跨中顶面部位最先受到爆炸冲击波作用,跨中处弯曲变形大于其它部位并且都在冲击波作用将近结束时达到最大值。在相同炸药量和比例距离的情况下,不同支座的钢筋混凝土梁在爆炸冲击波作用下会产生不同的破坏模式(简支梁主要产生弯曲破坏,固支梁主要产生弯剪破坏)。提高梁跨中纵筋配筋率、支座处箍筋配筋率、钢筋强度和混凝土强度以及对高应力易开裂区(梁跨中和支座处)进行局部加固,可有效提高钢筋混凝土梁的抗爆能力。(2)在爆炸冲击荷载作用下,初始小裂纹的存在导致钢筋混凝土梁更易发生破坏,导致裂纹所在截面出现明显的应力集中现象,使得钢筋混凝土梁的裂纹出现时间和失效时间提前;含初始小裂纹钢筋混凝土梁通常在初始小裂纹截面和爆炸冲击荷载开始作用的位置发生破坏;初始小裂纹的影响具有较强的位置依赖性和表面依赖性。当初始小裂纹位于钢筋混凝土梁的跨中或端部时,钢筋混凝土梁更易发生破坏,初始小裂纹位于钢筋混凝土梁受压面的影响要大于其位于梁受拉面;提高纵筋配筋率可有效增强钢筋混凝土梁的受弯承载力,提高钢筋混凝土梁的抗爆性能。(3)利用碳纤维布对含初始小裂纹钢筋混凝土梁的裂纹处进行局部全包裹加固,可有效提高梁的整体刚度,减小其在爆炸荷载作用下的损伤和变形程度。在研究碳纤维布加固层数对含初始小裂纹的钢筋混凝土梁的抗爆性能影响时,发现碳纤维布加固层数为4层时,对钢筋混凝土梁的抗爆性能的提高效果最好。在研究碳纤维布加固尺寸对含初始小裂纹的钢筋混凝土梁抗爆性能影响时,发现碳纤维布加固长度为300 mm时,对钢筋混凝土梁的抗爆性能的提高效果最好。
【关键词】：空爆载荷 钢筋混凝土梁 初始小裂纹 碳纤维布 压力场 动力响应
【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】：TU375.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 绪论12-18
• 1.1 研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 钢筋混凝土梁抗爆理论研究14-15
• 1.2.2 钢筋混凝土梁抗爆实验研究15
• 1.2.3 钢筋混凝土梁抗爆数值模拟研究15-16
• 1.2.4 含初始小裂纹钢筋混凝土梁抗爆研究16
• 1.2.5 加固后钢筋混凝土梁的抗爆研究16-17
• 1.3 本文主要研究内容17-18
• 2 基本概念与基本理论18-23
• 2.1 爆炸现象18
• 2.2 爆炸荷载的分类18-19
• 2.2.1 有约束爆炸19
• 2.2.2 无约束爆炸19
• 2.3 爆炸荷载基本参数19-22
• 2.3.1 爆炸相似定律20
• 2.3.2 爆炸冲击波正向阶段参数20-21
• 2.3.3 爆炸冲击波负向阶段参数21-22
• 2.3.4 爆炸冲击波压力时程曲线衰减关系22
• 2.4 本章小结22-23
• 3 空爆载荷作用下钢筋混凝土梁压力场与响应分析23-46
• 3.1 引言23
• 3.2 有限元动力分析软件ANSYS/LS-DYNA简介23-26
• 3.2.1 ANSYS/LS-DYNA介绍23-24
• 3.2.2 ANSYS/LS-DYNA分析过程24-25
• 3.2.3 LS-DYNA主要算法25-26
• 3.3 钢筋混凝土梁有限元模型建立26-39
• 3.3.1 选择建模方式26-29
• 3.3.2 选择单元类型29-30
• 3.3.3 应变率效应30-31
• 3.3.4 选择材料模型31-35
• 3.3.5 边界条件与接触算法35
• 3.3.6 单元损伤算法35
• 3.3.7 爆炸荷载的施加35-37
• 3.3.8 沙漏的控制方法37-38
• 3.3.9 网格划分38-39
• 3.4 数值结果分析39-43
• 3.4.1 钢筋混凝土梁正上方爆炸压力场分析39-41
• 3.4.2 钢筋混凝土梁的节点位移分析41
• 3.4.3 混凝土单元和钢筋单元的应力分析41-42
• 3.4.4 支座类型对钢筋混凝土梁损伤破坏的影响42-43
• 3.5 模型实验验证43-45
• 3.6 本章小结45-46
• 4 空爆载荷作用下含初始小裂纹钢筋混凝土梁数值研究46-64
• 4.1 引言46
• 4.2 有限元模型建立46-47
• 4.3 含初始小裂纹钢筋混凝土梁的破坏影响因素分析47-63
• 4.3.1 不同炸药量下初始小裂纹存在的影响47-51
• 4.3.2 不同起爆位置下初始小裂纹存在的影响51-54
• 4.3.3 初始小裂纹宽度的影响54
• 4.3.4 初始小裂纹深度的影响54-58
• 4.3.5 初始小裂纹位置的影响58-61
• 4.3.6 不同纵筋配筋率的影响61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 5 CFS加固含初始小裂纹钢筋混凝土梁抗爆性能研究64-72
• 5.1 引言64
• 5.2 有限元模型建立64-65
• 5.3 加固后的含初始小裂纹梁的破坏影响因素分析65-71
• 5.3.1 CFS加固对含初始小裂纹梁抗爆性能的影响65-68
• 5.3.2 CFS加固层数的影响68-69
• 5.3.3 CFS加固尺寸的影响69-71
• 5.4 本章小结71-72
• 6 结论与展望72-74
• 6.1 本文结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-79
• 攻读硕士期间发表学术论文情况79-80
• 致谢80

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘兴远,周珉,邓安福;既有钢筋混凝土梁工作特性数值分析[J];四川建筑科学研究;2002年04期

2 张庆霞;优化钢筋混凝土梁高取值[J];中国勘察设计;2004年05期

3 周泽平;王明洋;冯淑芳;钱七虎;;钢筋混凝土梁在低速冲击下的变形与破坏研究[J];振动与冲击;2007年05期

4 何奕南;;钢筋混凝土梁系列实验的系统化教学改革[J];实验室研究与探索;2007年12期

5 黄颖;张百胜;;钢筋混凝土梁抗剪模型研究[J];山西建筑;2008年31期

6 黄毅;;钢筋混凝土梁设计问题探讨[J];企业科技与发展;2009年16期

7 向强;刘彤;王汝恒;;爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的破坏模式研究[J];长江大学学报(自然科学版);2011年07期

8 李紫东;;钢筋混凝土梁裂缝的分析和处理[J];中小企业管理与科技(下旬刊);2012年12期

9 ;钢筋混凝土梁活动检查架[J];铁道建筑;1974年06期

10 孙汝彰;;单一图解设计所有钢筋混凝土梁的方法[J];公路;1980年08期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 祖东;师忠杰;;钢筋混凝土梁的研究[A];河南省土木建筑学会2010年学术研讨会论文集[C];2010年

2 张炎圣;陆新征;江见鲸;;钢筋混凝土梁落锤实验有限元模拟与分析[A];第六届全国土木工程研究生学术论坛论文集[C];2008年

3 邱兆国;梁力;张凤鹏;;含多类损伤钢筋混凝土梁安全性评价方法及载荷影响研究[A];第22届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2013年

4 任晓丹;;基于损伤理论的钢筋混凝土梁剪切破坏模拟[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

5 冯淑芳;陈灿寿;王明洋;;低速冲击作用下钢筋混凝土梁的多阶段离散模型研究[A];第一届全国工程安全与防护学术会议论文集[C];2008年

6 谢靖中;李国强;江欢成;王国俭;;钢筋混凝土梁的非线性均质材料本构等效[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2001年

7 刘军;王克信;郁时炼;彭维斌;;钢板—混凝土梁与钢筋混凝土梁对比分析[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年

8 阎西康;陈晓;陈培;;海水腐蚀下钢筋混凝土梁正截面试验研究及有限元分析[A];第21届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2012年

9 马淑娜;刘新宇;马林建;张晓;;常规武器在土中二次爆炸后对钢筋混凝土梁的动力响应分析[A];第2届全国工程安全与防护学术会议论文集（下册）[C];2010年

10 刘卫东;郑七振;;钢筋混凝土梁抗弯加固对比试验研究[A];首届全国既有结构加固改造设计与施工技术交流会论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 ;与钢筋混凝土打交道的女学者[N];黑龙江日报;2004年

2 朱宏;浅析钢筋混凝土梁裂缝成因及处理方法[N];晋中日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 张立明;基于现场暴露试验与室内耐久性试验之间相关性的混凝土结构耐久性研究[D];南京航空航天大学;2014年

2 赵亚平;钢筋混凝土梁损伤诊断的振动模态分析方法[D];中国农业大学;2005年

3 刘永光;混凝土等效断裂韧度的计算模式与钢筋混凝土梁裂缝的诊断方法[D];天津大学;2007年

4 刘平;配置HRB500钢筋混凝土梁的试验及理论研究[D];河北工业大学;2012年

5 万海涛;钢筋混凝土梁、柱构件抗震性能试验及其基于变形性能的参数研究[D];华南理工大学;2010年

6 于磊;大尺寸钢筋混凝土梁受剪试验研究[D];大连理工大学;2013年

7 徐福泉;碳纤维布加固钢筋混凝土梁静载性能研究[D];中国建筑科学研究院;2001年

8 孟一;冲击荷载作用下钢筋混凝土梁的试验及数值模拟研究[D];湖南大学;2012年

9 范国玺;钢筋混凝土梁柱节点动态力学性能研究[D];大连理工大学;2015年

10 梁金福;CFRP板条嵌入式加固损伤钢筋混凝土梁抗弯试验与理论研究[D];广西大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 周淼;火灾高温作用下钢筋混凝土梁抗剪承载力研究[D];山东建筑大学;2015年

2 张丽媛;火灾与荷载耦合作用下钢筋混凝土梁托柱转换结构的受力与变形规律分析[D];山东建筑大学;2015年

3 沈可新;冻融循环作用下钢筋混凝土梁承载力研究[D];西安建筑科技大学;2015年

4 张浩;海洋环境损伤钢筋混凝土梁在热—力耦合作用下的受火性能试验研究[D];青岛理工大学;2015年

5 王鹏;冻融循环下CFRP加固受损钢筋混凝土梁的力学性能研究[D];大连交通大学;2015年

6 刘振;火灾作用后钢筋混凝土梁斜截面抗抗剪承载力分析[D];山东建筑大学;2015年

7 王光琦;铁尾矿砂钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究[D];华北理工大学;2015年

8 任艳霞;钢板和碳纤维加固混凝土梁抗剪性能研究[D];河北工业大学;2015年

9 梁振刚;集中荷载作用下配斜筋钢筋混凝土梁受剪承载力分析及试验研究[D];长沙理工大学;2014年

10 邹轩红;钢筋混凝土梁梁底裂缝发展对梁底应变场分布的影响[D];重庆交通大学;2015年

  本文关键词：含初始小裂纹钢筋混凝土梁抗爆加固数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：343071