事故型撞击荷载作用下大型LNG储罐穹顶局部破坏形态分析

为了确定事故型撞击荷载作用下大型LNG储罐穹顶的局部破坏形态,以ф101.6 mm NPS法兰冲击能量为参照,选取穹顶局部壳体为靶体,利用等效飞射物弹体自由落体撞击靶体进行了15个工况冲击试验。通过对试验结果分析研究,标定了冲击成坑、冲击震裂、冲击剥落屈曲、冲击侵彻屈曲、冲击贯穿屈曲5种破坏形态,并给出了特征形态图。通过引入薄钢板弹道极限速度对侵彻贯穿屈曲破坏形态的侵彻深度进行修正,给出了以侵彻深度与穹顶厚度比值。这一无量纲参数为基准的破坏形态判断标准。最后,提出了事故型撞击荷载作用下LNG储罐穹顶的破坏等级划分标准,验证了Petry公式和BRL公式用于侵彻深度估算的有效性。     

近断层地震动对大型LNG储罐作用效应分析

近断层地震动对长周期结构威胁很大,而大型LNG储罐属于安全等级要求极高的液固耦合长周期结构,为研究各类近断层地震动对LNG储罐的作用效应,采用数值仿真方法计算了16×10~4m~3LNG储罐在不同种类近断层地震动激励下的地震响应,通过对比单向、双向和三向地震动作用下LNG储罐地震响应的差异,验证了对LNG储罐进行三向地震作用研究的必要性。此外,重点研究了在具有向前方向性效应、滑冲效应与无脉冲地震动作用下LNG储罐地震响应的特点。结果表明:含有较大速度脉冲和大位移的地震动会激发储液的剧烈晃动,进而对罐壁顶部产生巨大的冲击,导致罐壁顶部出现应力突变和位移超限,最终引起储罐的菱形屈曲或顶部附属结构物的破坏。     

冲击荷载作用下LNG储罐外罐力学性能数值仿真分析

为了解LNG储罐在导弹等飞行物冲击荷载作用下的力学性能,借助于CAE程序ANSYS/LS-DYNA,选择钢材和混凝土材料适用的本构模型,建立了导弹和16万方LNG储罐外罐模型,分析了导弹冲击作用下LNG储罐外罐的力学性能。结果表明:外罐所受的最大有效应力持续时间及扩散范围受导弹初速度的影响较大,但弹体质量的影响并不明显;储罐外壁中的预应力筋可对冲击起到一定的阻抗作用,但当冲击速度达到音速时,钢筋的抗冲击作用不明显;导弹冲击对罐壁影响范围有限,只会对LNG储罐局部区域产生破坏,对储罐穹顶有轻微影响,对罐底基本无影响。建议从战略安全角度对LNG储罐外罐进行设计时要考虑导弹等冲击偶然荷载的影响。     

飞机模型撞击SC靶板的数值模拟分析∗

相对于钢筋混凝土(RC),钢板混凝土(SC)结构由于其优异的抗冲击性能和密闭性能,越来越多地应用于核电站安全壳结构中。基于有限元程序LS-DYNA对1/7.5缩尺飞机模型撞击SC靶板实验进行数值模拟,分别采用KC、Winfrith和CSCM三种模型描述混凝土材料,通过详细对比飞机模型撞击过程和速度衰减时程、靶板损伤和最大挠度以及引擎破坏的实验数据和数值仿真结果,验证了Winfrith模型的适用性。进一步讨论了撞击速度、钢板厚度、混凝土强度和栓钉强度对飞机模型速度时程和靶板破坏的影响。结果表明钢板厚度和栓钉强度对SC结构抗飞机撞击性能影响较大,而混凝土强度影响较小。相关结论可为飞机撞击下核安全壳的损伤破坏分析与结构设计提供一定的参考。     

粘弹性地基上钢筋混凝土方板在低速撞击下的动力响应分析

针对工程中所遇到的撞击问题,在事先仅知道初速度的情况下,研究分析了半无限线性粘弹性地基上的钢筋混凝土方板受低速刚体撞击时的动力响应问题。与高速冲击问题中板结构发生局部破坏的情况不同,低速撞击下板结构发生的是整体响应破坏,因此计算时主要考虑结构的整体响应,但仍须考虑撞击局部损伤影响。建立了局部变形和整体响应间的关系模型,根据该模型推导出钢筋混凝土方板在低速撞击下位移响应w(x,y,t)和撞击反力p(t)的表达式,并结合算例讨论了粘弹性地基对计算结果的影响。     

小剪跨比RC柱及钢管增强RC柱多次冲击的响应行为∗

近年来钢筋混凝土(RC)墩柱遭受车船撞击的风险日益增加,且车船撞击一般发生在RC 柱靠近地面或底部承台的位置,导致柱体出现小剪跨比条件下的脆性剪切破坏。而随着力学性能良好的钢管混凝土在工程中越来越广泛地应用,其在小剪跨比下的抗冲击性能也需要更加深入的研究。为进一步研究小剪跨比RC 柱的剪切损伤机理以及钢管对RC 柱抗剪性能的增强效果,使用大型刚性摆锤装置分别对1 根RC 柱、内置钢管增强RC 柱和外置钢管增强RC 柱进行了侧向冲击试验,考察了试件的损伤特征、冲击力和位移等试验结果。结果表明：RC 柱在承受两次冲击后发生剪切破坏,而两个钢管增强RC 柱在经历额外两次大能量冲击后仍保持较好的整体形态,即钢管可有效提升RC 柱的抗冲击性能;在相同截面配钢率下,外置钢管增强RC 柱相比内置钢管增强RC 柱整体上具有更强的抗冲击性能,但内置钢管可更有效地降低核心混凝土的剪切损伤;由于外置钢管RC 柱具有三者中最高的整体刚度和表面刚度,其对相邻构件承载力和刚度的要求也更高。     

受火钢框架的落锤冲击响应数值模拟

运用有限元程序ABAQUS进行数值模拟,研究不同温度下受撞击载荷钢框架结构的动力响应和梁柱连接性能,重点考察了三种梁-柱连接形式:即全焊接连接、平齐式端板连接、外伸式端板连接等对钢框架抗冲击性能的影响。对于受火和自重作用的钢框架,比较了梁的跨中挠度和梁柱交点处沿梁方向的位移,以及结构在不同环境温度下的温度场;进而采用温度加载和落锤冲击共同作用,得出结构的梁柱节点破坏模式和钢梁的临界屈曲温度,以及落锤撞击过程中跨中挠度和撞击力的发展。模拟结果表明,外伸式连接框架高温作用下的抗落锤冲击性能最好。     

轴向中空壁管抗冲击性能试验研究与数值分析∗

轴向中空壁管作为一种新型结构壁管,几何构型简单、空间利用率高、且能量耗散性好,近年来在市政工程中得到广泛应用。为研究轴向中空壁管在低速冲击作用下的力学响应和耗能特性,设计了 20 个试验工况,以落锤冲击试验模拟施工过程中受到的落石冲击和机械撞击作用,基于量纲分析法提出冲击力峰值的计算方法,通过有限元软件 ABAQUS 对试验结果进行验证,并根据有限元计算结果分析管道在低速冲击作用下的变形特性和损伤机理。研究表明：数值分析结果与试验结果吻合较好,冲击力时程曲线趋势基本一致,冲击力峰值误差在 5% 以内。 轴向中空壁管具有良好的抗冲击性能,其双壁中空结构具有较好的能量耗散性,落锤与管道接触瞬间会产生较大的冲击力,12.9 kg 的落锤从 2 m 处自由下落冲击管道可产生 15.28 kN 的冲击力。对比 20 个试验工况的冲击力峰值试验值与计算值,误差均较小,最大误差为 5.8%,即冲击力峰值计算方法准确性较高。随着落锤高度和质量的增加,冲击力峰值增大,损伤区域和凹痕深度也随之增大,最大塑性应变由外壁内侧转移到外壁与加劲肋的连接处, 呈现出外壁损伤和加劲肋损伤两种损伤模式。提出的冲击力峰值计算方法和管道塑性损伤规律可以为施工过程中轴向中空壁管在落石冲击和机械撞击作用下的安全评价提供理论依据。     

混凝土与钢筋混凝土结构抗火抗冲击研究评述

火灾高温和爆炸冲击荷载会对工程结构造成严重的破坏,二者通常相伴发生,对工程结构产生的破坏更为剧烈。从混凝土材料和钢筋混凝土构件两个层面,分别综述了火灾高温与爆炸冲击荷载单独及联合作用对混凝土与钢筋混凝土结构影响的物理试验、理论分析与数值模拟方面的研究进展,发现现有研究工作的特点为:火灾高温/爆炸冲击单独作用研究多,耦合或联合作用研究少;试验研究工作多,理论分析与数值模拟工作少;宏观均质数值模型多,微/细观非均质数值模型少。建议今后开展火灾高温与冲击荷载联合作用下混凝土材料及钢筋混凝土构件物理试验研究,建立钢筋混凝土构件全过程响应研究的多尺度分析理论与数值模型,揭示钢筋混凝土构件的损伤破坏机理,为灾后损伤评估及安全加固提供基本理论。     

被动柔性拦截网在长昆线某边坡防护工程中的应用

针对目前国内被动柔性拦截网应用中大量破坏的现状,结合新建沪昆线长昆段高速铁路沿线设置的防落石冲击的被动柔性拦截网实际工程,为保证所采用的RXI-200拦截网结构具有足够的抗落石冲击性能,开展了数值仿真模拟和足尺试验研究。采用数值仿真技术,模拟了落石冲击被动柔性拦截网的全过程,研究了该系统的变形特征和系统中的薄弱环节。基于数值仿真的结果,对系统提出了相应的改进建议。对改进后的结构,开展了原尺寸的落石冲击试验,系统成功拦截2000kJ能量的落石冲击。数值计算及试验研究结果表明:改进后的RXI-200被动柔性拦截网具有良好的变形能力和耗能能力,能达到预计的抗落石冲击能力。     

T型梁桥损伤肋梁对承载力的影响及其加固研究

针对辽阳市中华大桥局部结构损伤对其承载力影响的问题,通过现场静力试验和损伤检测,得出了系统的现场数据,将该数据与桥梁破坏前的检测数据进行对比,确定结构的主要损伤为预应力T型主梁连接处的肋梁严重破损.用大型三维有限元软件ANSYS中的生死单元技术模拟破坏肋梁,建立了单跨损伤肋梁有限元数值模型,并将有限元数值分析结果与检测...     

局部点蚀损伤下H型钢柱承载能力研究∗

为了研究局部点蚀损伤对 H 型钢柱承载能力的影响,建立数值模型并理论验证了其合理性。以实际结构中损伤位置为参考,分别在柱脚和柱中位置的翼缘和腹板上布置不同腐蚀程度的点蚀坑,并对各组模型进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,得到其屈曲模态和极限承载能力。研究结果表明：不同分布位置、不同腐蚀程度下的 H 型钢柱屈曲模态并未发生明显改变,均表现为在弱轴平面的弯曲失稳;极限承载力折减系数(r)与壁厚损伤度(α) 近似呈现线性关系,与点蚀损伤强度(DOP)之间的关系可用二次多项式较为准确的描述,且随着 α 和 DOP 增长,r 的降低速度有逐渐加快趋势;局部点蚀范围越靠近柱中,H 型钢柱承载力损失越多,故柱中为局部点蚀敏感区;用失重率(D_w)可较好的综合考虑 α 和 DOP 对钢柱承载能力的影响,r 和 D_w在各工况下均表现出较好的近似线性关系,在实际工程中,可用失重率对局部点蚀损伤下 H 型钢柱进行安全性评级。     

长周期地震动作用下大型立式储罐晃动波高问题研究

大型立式储罐储液受地震作用晃动波高问题是储罐抗震设计的重要指标,该指标的设计是否合理直接关系到储罐在地震作用下的安全性能,特别大型储罐在长周期地震动激励下会产生大幅晃动,对储罐本身和周围环境构成重大威胁。因此,针对长周期地震动作用下立式储罐的晃动效应,本文进行了各国规范之间的对比、振动台试验、数值仿真的研究。结果表明:中、美、欧、日储罐抗震规范在适用范围、场地分类、设防基准和反应谱等方面存在差异,但规范波高计算值相差不大,满足了对中短周期地震动激励波高的设防要求,对长周期地震动激励波高设防明显不足;储罐在含有丰富长周期波形的地震波作用下,产生的试验波高较大,且随地震动峰值加速度的增加呈一定的线性增加;利用傅里叶谱卓越周期作为频谱特性参数来拟合波高具有可行性,并与激励波高由一定趋势的函数关系;选用傅里叶谱低频幅值占比率λ进行长周期地震波界定,并运用多阶振型叠加SRSS方法进行规范波高公式修正,计算结果对长周期地震动激励波高有较高的设防。     

驳船撞击下RC桥墩的非线性动力响应与损伤特征分析∗

针对世界范围内时有发生的船舶撞击桥梁事故,为研究桥墩在驳船撞击下桥墩的动力响应与损伤特征,建立了驳船?桥墩碰撞的有限元模型。通过与已有落锤冲击试验的结果进行了对比,对本文有限元模型的可靠性进行了验证。基于本文建立的驳船?桥墩碰撞有限元模型,分析了 1 000 t 驳船以 4 m/s 速度撞击下桥墩的动力响应与损伤变化机理,并研究了驳船撞击速度、撞击吨位、撞击点以及轴压比对损伤特征的影响规律。结果表明,桥墩较不利部位为撞击点区域与墩底区域,钢筋应变率效应使钢筋屈服强度提高 11.7%~22%,一定程度上会增大桥墩抗力; 撞击速度与吨位会影响桥墩的损伤程度,但不会影响桥墩的损伤特征;撞击点与轴压比的变化会改变桥墩的损伤程度与特征;随着撞击点的减小与轴压比的增大在一定程度上会增大桥墩的抗撞能力。     

带裂缝钢筋混凝土梁损伤诊断的振动方法

建立了健康的和带有理想裂缝的钢筋混凝土梁的分离式有限元模型,推导了其中四节点矩形粘结单元的刚度矩阵。利用该模型可以计算它们的振动特性参数,研究其局部损伤与振动特性参数的关系。有限元模型数值仿真计算结果与实际测试结果相吻合。数值仿真计算及实际测试结果均表明:固有频率是进行钢筋混凝土梁裂缝类损伤定性辨识的重要指标;曲率模态振型和应变模态振型是钢筋混凝土梁裂缝类局部损伤的敏感参数,利用它们的模态绝对残差向量可以实现实梁裂缝类损伤的准确定位识别;曲率模态振型和应变模态振型的绝对残差向量范数,与裂缝类损伤的严重程度具有单调性关系,可以基于其进行裂缝类损伤的定量辨识。     

泥石流冲击荷载的时频分析方法及应用

泥石流的能量转化主要集中于运动过程中,泥石流冲击压力随时间变化的过程是其能量不断变化的综合表现.本文分析了泥石流能量转化过程及冲击荷载的紊流形态,并根据其脉动特性,将泥石流冲击荷载作为信号进行研究.以大型泥石流模型试验为基础,利用小波时频分析方法将试验测取的泥石流冲击荷载映射为时间与频率的联合信号,得到同一时间9个频段...     

装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构抗震性能研究

将屈曲约束支撑应用于装配式钢筋混凝土柱-钢梁组合框架结构(简称装配式RCS组合框架结构)中,若处理不当将会产生开合效应并导致相邻梁柱破坏。为有效减轻框架开合效应造成的破坏,提出基于梁端铰接的装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构。在保证关键连接节点力学性能的前提下,设计某9层装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构,采用基于OpenSees软件的动力弹塑性时程分析方法研究结构的抗震性能。结果表明,钢梁腹板开洞的装配式RCS节点、装配式混凝土柱-钢梁-屈曲约束支撑组合节点具有高承载、可装配和震后损伤小等特点,装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构满足抗震规范要求,具有优良的抗震性能;梁-梁间的铰接连接不会影响屈曲约束支撑的耗能效果,且可以改变梁柱屈服机制,保证整体结构高效装配的同时减轻结构塑性损伤,有助于实现结构的功能可恢复。     

腹板开槽冷弯薄壁卷边槽钢抗火性能有限元分析模型

位于冷弯薄壁型钢构件腹板的槽孔,可延长构件两边的热量传递路线,减弱冷弯薄壁钢构件作为墙板龙骨引起的冷桥效应。常温下冷弯薄壁构件的屈曲破坏模态已非常复杂,包括整体屈曲、局部屈曲和畸变屈曲等,且不同的屈曲破坏模态可能会相互影响。火灾下冷弯薄壁构件的破坏机理将更为复杂,根据常规的稳定理论难以求解其火灾下的临界荷载。本文利用有限元方法对火灾下腹板开槽冷弯薄壁卷边槽钢的受力性能进行了模拟,研究了单元类型、材料模型、初始几何缺陷以及求解方法等因素对分析结果的影响,为同类构件抗火性能的有限元模拟分析提供了建模依据。     

油罐车火灾下钢-混凝土组合梁桥结构响应研究

采用数值模拟方法,研究钢-混凝土组合梁式公路桥在大型车辆火灾下的结构响应,考察桥梁形式、火灾工况及荷载比的影响。首先以规范给定的烃类火灾升温曲线及CFD模拟实际油罐车火灾所得到的升温曲线作为温度边界条件,用ABAQUS建立了8个有限元模型进行计算,得出了构件内部温度场,发现实际火灾下斜交桥受火跨最高温度低于正交桥的,但整体温度更高;实际火灾较规范火灾下结构升温更快,最高温度更高;随后以受火升温结果作为温度荷载,通过恒载升温分析,考察了共计18个案例的结构响应,发现正交桥和斜交桥在火灾下的破坏模式有较大差别,前者出现不适于继续承载的变形,同时伴随着远端支座腹板屈曲的局部破坏,而后者主要体现为远端支座腹板严重屈曲;最后提出了针对钢-混凝土组合梁桥抗火措施和设计思路的建议。     

火灾高温作用下波纹腹板钢梁剪切屈曲系数研究

波纹腹板钢梁具有优良的抗剪切性能,在常温条件下,它的剪切屈曲模式通常有3种:局部剪切屈曲、总体剪切屈曲和相关剪切屈曲.根据火灾燃烧不同时刻波纹腹板钢梁的温度变化,考虑火灾高温对结构钢材料性能的影响,研究了波纹腹板钢梁在火灾高温作用下的3种剪切屈服模式,给出了高温下波纹腹板钢梁临界剪切屈曲应力和剪切屈曲系数的计算表达式,...