BFRP‑FRCM加固砌体填充墙抗爆性能试验研究∗

砌体填充墙在爆炸荷载作用下会发生破坏，甚至会出现碎片飞散等现象，从而造成人员伤亡或设备损坏。为了提高砌体填充墙的抗爆性能，提出采用玄武岩纤维网?纤维增强水泥基（BFRP?FRCM）复合层加固砌体填充墙， 并通过现场爆炸试验研究复合层对砌体填充墙的抗爆加固效果，从破坏模式、碎块分布、位移响应和反射超压响应等角度对比分析了不同比例距离、加固方式砌体填充墙的抗爆性能，探究了 BFRP?FRCM 复合层对砌体填充墙的抗爆加固机理。结果表明：BFRP?FRCM 加固能够有效减弱砌体墙在爆炸荷载下的破坏程度，迎爆面加固减小了砌体墙灰缝脱落范围、爆炸碎块的数量和飞行距离，但砌体墙的残余位移较大；背爆面加固对其位移的限制效果更好，墙体无碎块飞散现象；双面加固显著提高砌体墙的抗压和抗弯承载力，墙体的峰值位移和残余位移最小，即便在比例距离较小时，双面加固后仅在砌体墙中心部位出现局部变形及细小裂缝，并未出现碎块散落现象；引入冲量和强化参数分析不同加固方案对砌体墙抗爆性能提升的影响，在相同比例距离情况下，未加固墙体与加固墙体的反射超压和冲量大致相同，但 BFRP?FRCM 加固能够提高砌体墙的强化参数。     

HFMRPC加固不同高宽比砌体窗间墙抗震性能试验研究∗

目前广大农村地区拥有大量不符合抗震要求的砌体结构房屋,因此,针对老旧砌体结构房屋进行加固是一门值得研究的课题。为了研究混杂纤维改良活性粉末混凝土（HFMRPC）加固不同高宽比砌体窗间墙的抗震性能,对 1 面作为对照组的未加固砌体墙和 3 面不同高宽比的面层加固砌体墙进行了低周往复荷载试验。对比分析了 4 面墙体的破坏模式、滞回曲线和骨架曲线等抗震性能指标。试验结果表明：HFMRPC 面层加固能够有效提高墙体的承载能力,峰值荷载提高约 42%;HFMRPC 面层对砌体窗间墙具有良好的约束作用,能够有效提升墙体的延性,延性系数提升约 199%;HFMRPC 面层加固后墙体耗能能力显著提升,累积耗能约提升 98%;高宽比是影响墙体破坏模式的重要因素,随着高宽比的减小,砌体墙的承载能力提高,试件的破坏模式趋向于脆性破坏,相反随着高宽比的增大,砌体墙的耗能能力提高,试件趋向于延性破坏。根据试验结果进行了墙体抗剪、抗弯承载力计算分析,并提出了适用于 HFMRPC 面层加固的抗剪承载力计算公式,可为实际工程应用提供理论基础。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土墙的动态响应模拟

针对某地下军火库的钢筋混凝土墙以及地面的防爆墙,采用AUTODYN软件,结合RHT模型,模拟了爆炸荷载作用下两者的动态损伤响应。首先根据军火库的炸药存放量,采用数值模拟方法计算得出不同部位的爆炸荷载。针对钢筋混凝土隔墙,采用二维模型计算临近库房意外爆炸通过沙土传播引起的压力时程曲线;针对地面的钢筋混凝土防爆墙,采用三维有限元模拟爆炸波在库房内以及出口的传递,从而计算作用于防爆墙的荷载。然后将相应的荷载分别作用于钢筋混凝土隔墙以及防爆墙,采用RHT混凝土模型,对两者的动态响应进行模拟。计算结果表明:针对可能的炸药存放量,一旦发生意外爆炸,不仅存放炸药的库房会出现严重破坏,而且破坏还会引起相邻库房钢筋混凝土隔墙的严重破坏,出现明显的塑性铰线,整个墙体产生巨大变形;而设置于地面的防爆墙则出现严重的整体坍塌。     

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。     

HFMRPC面层加固带窗洞口砌体墙抗震性能试验研究∗

为了研究混杂纤维改良活性粉末混凝土（HFMRPC）不同方式加固构造柱约束带窗洞口砌体墙的抗震性能, 对 1 面作为对照组的未加固带窗洞口的砌体墙和 3 面分别通过单面加固、双面加固和双面窗间墙加固的砌体墙进行低周往复荷载试验。分析对比了构造柱约束带窗洞口砌体墙的破坏模式、承载能力和位移延性等抗震性能。试验结果表明：HFMRPC 面层与砌体墙有良好的粘结能力,通过面层加固后能提升墙体的整体性并且形成有效约束;HFMRPC 面层加固后显著提升了砌体墙的承载能力、能量耗散,延缓了墙体的开裂和刚度退化;通过试验结果和理论分析提出了构造柱约束的带窗洞口砌体墙的抗剪承载力计算公式。     

商用飞机撞击刚性墙的荷载时程分析方法

针对商用飞机撞击刚性墙问题开展研究。首先,使用ANSYS/LS-DYNA软件建立了飞机的有限元模型,并对飞机撞击刚性墙的过程进行数值模拟。接着,采用Riera法对飞机撞击力进行理论计算,以验证数值模拟结果的准确性。最后,基于数值模拟结果对传统荷载时程分析方法进行改进,提出了可考虑不同撞击速度的荷载时程曲线调整方法以及加载区域确定方法,并对改进方法的有效性进行分析验证。结果表明:本文所提荷载时程分析改进方法简单有效,能够准确反映不同速度飞机撞击下刚性墙的最大位移响应,适用于重大工程结构的飞机撞击分析。     

爆炸荷载下土石坝动力响应特征的数值模拟

土石坝在爆炸荷载下的力学响应是一个非常复杂的力学问题,相关研究甚少。在LS-DYNA软件框架内,以两河口土石坝为研究对象,把坝体材料简化为混凝土、心墙、反滤层与堆石体等4种,用500 kg TNT在坝顶接触爆炸时的瞬态荷载作为荷载源,针对不同材料建立适合于爆炸高加载率特征的本构模型,用数值方法分析了土石坝在潜在爆炸荷载下的破坏与损伤演化规律。结果表明,在爆炸荷载作用下,由于土石坝材料组成的多样性,应力波传播规律异常复杂,土石坝的力学响应呈现出显著的分区特征。     

爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应及破坏机理

方钢管混凝土柱是被广泛采用的组合构件之一.爆炸发生时产生的爆炸冲击波可能会对框架结构内部的方钢管混凝土拄造成严重破坏,然而目前对其动力响应及破坏机理的研究成果相对较少.本文采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应和破坏机理进行了研究分析.建立了方钢管混凝土拄实体有限元模型,其...     

爆炸荷载作用下钢柱的动力响应与影响因素分析

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立钢柱有限元模型,模拟爆炸荷载作用下钢柱的动力响应,并对影响钢柱动力响应的主要因素进行数值分析。考虑了不同爆炸荷载、材料失效应变、单元网格密度、柱高、柱截面尺寸和柱承担的轴向压力等参数的影响。通过对钢柱动力响应时程曲线进行分析,研究爆炸荷载作用下钢柱响应特性及其破坏机理;通过分析,得到各参数对其动力响应的影响规律。分析结果表明:增大柱的截面尺寸,能够降低柱跨中水平位移;增大柱截面高度,能有效地提高钢框架柱的抗爆承载力;在钢柱抗爆设计中,应控制其所承受的轴向压力大小,轴压比值不宜超过0.3。     

基于损伤塑性模型的砌体墙体非线性有限元分析

为了研究砌体墙体用钢结构加固后的力学性能,需要提供较准确的砌体墙体非线性计算,考虑到砌体与混凝土的材料性质具有相似性,将混凝土损伤塑性模型经修正后应用于砌体数值模拟,实现对砌体墙体的非线性有限元分析。通过与水平加载试验结果对比,验证了有限元模型的正确性。探讨了损伤塑性模型中的粘性系数、膨胀角、砌体本构关系中的初始弹性模量、受拉应力应变关系对计算结果的影响。结果表明:粘性系数和膨胀角对抗剪承载力、峰值位移及下降段性能均有较大影响,而对初始刚度影响很小;随着初始弹性模量的增大,砌体墙体抗剪承载力随之提高,但峰值位移无明显变化;受拉应力应变方程中待定系数的取值,对抗剪承载力及峰值位移影响较大。     

混凝土核心筒的有限元模拟及若干参数的影响分析

运用ABAQUS分析软件,建立水平荷载作用下的钢筋混凝土核心筒有限元模型,进行非线性分析,并将分析结果与大比例试件的试验结果对比,对所采用的有限元模型加以验证。在此基础上,进行改变钢筋混凝土核心筒轴压比、高宽比和筒壁厚度的受力过程模拟分析,研究这些参数对筒体性能的影响。结果表明:随着轴压比的增大,筒体的破坏由受拉向受压破坏转变,筒体最大水平承载力经历先增加后减小的变化,延性变差;随着高宽比的增大,筒体破坏形态由剪切向弯曲破坏转变,延性增加,整体弯曲作用更加明显,最大底部剪力减小;随着壁厚的增大,试件破坏由截面压屈失稳向墙肢底部受弯破坏转变,墙肢破坏区域沿高度方向发展,耗能能力更强,承载力明显增大,变形能力显著增加。     

邀山阁游客流量控制研究

邀山阁是一座4层砖石结构楼阁,目前西北角墙体倾斜严重且墙体、石柱存在竖向裂缝。基于保护邀山阁的需要,应用等效体积单元(RVE)进行墙体的有限元分析,通过调整弹性模量和优化有限元模型来模拟砌体带裂缝时的工作状态;在应力值及其变化值比较大的关键部位选取了26个控制点,进行应力包络分析;在合理的安全系数和游客荷载最不利工况下,得到了邀山阁游客的合理控制数量。本研究将有益于古建筑的长期保护和合理开发利用。     

灌浆套筒连接装配式框架-剪力墙爆炸响应与破坏

为了探究采用灌浆套筒连接的装配式框架-剪力墙结构的爆炸响应与破坏模式,运用LS-DYNA软件建立一榀两层的现浇框架-剪力墙和装配式框架-剪力墙的有限元模型,分别模拟分析了不同位置处发生爆炸时两种框架-剪力墙结构的动态响应及破坏模式,并对灌浆套筒连接的装配式框架-剪力墙进行了抗爆性能评估。研究结果表明:灌浆套筒连接的装配式框架-剪力墙结构整体性差,主要原因是预制构件和坐浆层、现浇带之间存在新旧混凝土的薄弱粘结面,粘结面的界面接触在爆炸荷载下首先发生断开,然后爆炸冲击力在结构局部区域发生聚集,使得结构的变形较为集中,容易造成结构局部发生严重的脆性破坏;现浇框架-剪力墙结构具有较好的整体性,爆炸冲击力在结构内能够有效地传递,而且构件之间具有良好的协同作用,结构变形较为均匀,现浇框架-剪力墙的破坏为延性破坏;炸药在结构中不同位置发生爆炸时,爆炸冲击波直接作用的构件损坏严重,其它构件损坏较轻。     

基于LS-DYNA的墙体抗燃气爆炸能力数值分析

目前国内外有关墙体防爆的研究多是针对恐怖袭击,且建模分析中多采用单向墙体,而对于民宅内燃气爆炸防护的研究很少。本文详细讨论了数值模拟的建模关键技术,在此基础上建立了墙体三维模型,采用具有民宅燃气爆炸特征的荷载曲线,对四边约束墙体的破坏模式、抗爆能力等进行了初步分析,并与单向墙体进行了比较。结果表明,墙体边界约束条件、厚度、砂浆强度、平面尺寸等因素均会对计算结果产生一定影响,其中前两者的影响效果较为显著。以此为基础提出的一些民宅防爆建议,可为结构防爆设计提供参考。     

预应力钢筋混凝土梁破坏过程的声发射特性实验研究

利用全波形声发射技术记录了预应力钢筋混凝土梁在3点弯曲荷载下整个破坏过程的声发射信号,并在研究了声发射累计能量随时间变化关系曲线的基础上,采用谱分析对声发射全波形数据进行了分析和处理。以全波形声发射信号的能量分布特性为依据,通过对时域和频域内信号的振幅、频率特征和构件破坏过程的比较,初步得出了预应力钢筋混凝土梁破坏过程的声发射信号的参数特性,发现全波形声发射信号能够实时反映预应力混凝土梁破坏过程中的特征信息。     

汶川地震后砌体结构房屋震害调查分析

2008年5月12日汶川8.0级地震后,根据四川省什邡市5幢砌体结构房屋震害的现场检测记录,以案例形式比较了房屋不同的结构形式、墙体布局、层间刚度比、构造柱设置、悬挑阳台、变形缝和选址等概念设计因素对结构抗震性能的影响,分析了结构发生各种损坏的原因,并对砌体结构房屋抗震设计提出建议。     

基于Pushover方法的中小学砌体结构抗震性能评估

针对中小学砌体结构教学楼的受力特点,提出横墙和开洞纵墙的等代框架模型,分析了模型的抗弯、抗剪和轴向刚度计算方法;结合国内外对钢筋混凝土结构性能水平的划分标准,将砌体结构的性能水平划分为正常使用、中等破坏和生命安全三个阶段,并通过对大量砌体墙片试验数据的统计,得出其各性能水平对应的层间位移角限值。最后利用所提模型对一砌体结构教学楼进行Pushover分析,将其实际层间位移与所提性能指标进行比较,结果表明结构在不同地震水平下均满足预定的性能目标。     

汽车炸弹爆炸下装配式防爆墙弹塑性动力计算与数值分析

根据汽车炸弹恐怖爆炸的特点,计算了汽车炸弹近地爆炸空气冲击波参数,提出了防爆墙结构等效静载的弹塑性动力计算方法。按该方法设计了一种钢板混凝土装配式防爆墙组合结构,并与有限元数值分析结果进行了比较。结果表明,按该方法设计的防爆墙结构,其设计荷载只有其峰值压力的五分之一,能很好地发挥防爆墙结构塑性变形的特点,具有较大的经济价值。