钢筋混凝土柱式桥墩落石冲击分析方法

为研究落石冲击对钢筋混凝土(RC)桥墩安全性能的影响,建立一种考虑截面抗剪能力率相关性的RC柱式墩崩塌落石撞击损伤状态评价方法.首先,通过与钢筋混凝土梁落锤实验结果对比验证数值模拟方法可靠性,考虑桩基与土层相互作用建立了彻底关大桥下部结构落石撞击有限元模型.其次,以KC模型修正的Priestley公式描述混凝土动载抗剪强度,以剪力破坏参数定义截面损伤等级,分析墩柱截面不同撞击场景下的损伤状态.最后,进行混凝土抗压强度、墩柱截面面积、箍筋间距、墩柱长细比参数敏感性分析.结果表明:全局平均等效静力方法应用于落石撞击荷载静力简化存在缺陷,在高冲击强度场景下衰减段长持时使得等效静力偏低;引入墩柱截面抗剪能力率相关性能够更准确地描述落石冲击损伤状态;增大墩柱截面面积和提高箍筋配筋率能够有效地降低RC柱式桥墩落石撞击损伤.     

基于RHT模型的冲击荷载作用下钢筋混凝土梁动力响应分析

为了研究冲击荷载下钢筋混凝土结构的响应规律,提出RHT本构模型,通过数值模拟研究冲击作用下钢筋混凝土梁的抗弯性能和损伤机理;通过动态摩擦理论建立冲击荷载接触模型,基于剪切变形理论和完全积分法计算排除沙漏模式,提高计算精度,由RHT本构模型输出损伤因子,辅以P-alphaEOS方程模拟混凝土压实效应,输出危险截面位移,利...     

深部高地压条件下岩石动态断裂特性的数值模拟

地下洞室爆破开挖在动应力和地应力的共同作用下,将导致更为复杂的岩体破坏形式.本文基于二维动力损伤本构模型对不同静力条件下岩体动态破坏机制进行研究,探讨了不同围压和垂直应力系数K0作用下动应力的加载速率和峰值对岩体动态变形破坏的影响.研究结果表明:数值模拟获得了爆破荷载作用下径向裂纹的萌生、扩展以及裂纹分叉、贯通的全过程...     

近爆作用下钢筋混凝土柱的损伤机理研究

为了研究钢筋混凝土结构底层柱的抗爆性能,应用LS-DYNA软件对近爆作用下钢筋混凝土柱的损伤过程及破坏机理进行数值模拟分析,数值模型考虑应变率对钢筋和混凝土材料动力本构特性的影响以及炸药-空气-结构之间的流固耦合相互作用.结果表明,在爆炸冲击荷载作用下,钢筋混凝土柱表层混凝土首先开始剥落,受到约束的柱脚和柱顶混凝土发生冲剪破坏,在持续的横向变形作用下柱整体发生弯曲,产生一系列的横向裂缝;在等比例距离爆炸作用下,不同反射区的钢筋混凝土柱,受到的爆炸冲击荷载存在较大的差异,通常的比例定律不适用于近爆情形.     

基于损伤的PHC桩单轴受拉动态本构模型研究

通过引入应变率强化因子、损伤弱化因子和预应力强化因子,并分析它们对预应力混凝土强度的影响,建立了一个单轴受拉动态本构模型用于描述PHC桩在冲击载荷作用下的冲击特性.对比了试验结果与该模型的数值模拟结果,结果表明:模型预示结果在变形趋势上符合很好,在数值精度上与试验结果符合良好.本成果可为振动沉桩过程中控制振动锤参数提供依据,能有效防止因拉应力过大而导致PHC桩被拉断的事故.     

钢纤维混凝土细观二维建模与数值研究

提出了二维随机凹凸型碎石骨料生成方法,应用ANSYS/LS-DYNA模拟了数值骨料和钢纤维随机碰撞,得到钢纤维混凝土细观二维几何模型和有限元模型。基于双折线弹性损伤演化本构模型,模拟了素混凝土和钢纤维混凝土数值试件在单轴拉伸荷载下的损伤过程。研究结果表明:素混凝土数值试件的破坏模式与真实素混凝土破坏模式比较接近,掺入钢纤维会改变裂纹扩展的路径;钢纤维混凝土二维模型中,裂纹萌生位置和扩展路径影响钢纤维对混凝土的增强增韧效果。     

基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型

为了准确地模拟混凝土材料的力学性能,从有效应力的角度出发,基于连续损伤力学基本原理,根据混凝土的应力-应变关系曲线(以改进的Saenz曲线为例),推导出混凝土受压损伤演化方程,建立基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型,并且开发进入ABAQUS中;通过数值模拟与试验结果对比分析,结果表明该本构模型可很好地描述混凝土的塑性变形、刚度退化的力学行为;对钢筋混凝土桥墩的振动台试验进行模拟,结果表明该模型可较好地模拟地震作用下钢筋混凝土桥墩的损伤演化过程,因此该方法建立的混凝土弹塑性损伤本构模型具有工程应用意义.     

冲击荷载作用下混凝土抗压强度的细观力学数值模拟

为研究混凝土在冲击荷载作用下的细观破坏机制,将混凝土视为由骨料、水泥砂浆及二者间的黏结带所构成的三相复合材料,根据瓦拉文公式确定代表骨料的颗粒数,采用蒙特卡罗方法生成随机骨料模型.采用双折线损伤模型描述混凝土细观单元的损伤退化.利用非线性有限元方法对湿筛混凝土立方体小试件和全级配混凝土立方体大试件在冲击荷载作用下的细观破坏机制进行数值模拟,给出了试件的应力-应变曲线和动态抗压强度.研究结果表明,数值模拟所得的结果与实验结果表现出较好的一致性.     

冰弯曲破坏的弹塑性近场动力学模型

为提高粒子方法模拟冰力学性能的准确性,尤其是模拟冰在破坏过程表现出的塑性变形特性,建立了基于无网格粒子法近场动力学理论的冰弯曲破坏弹塑性本构模型。以积分形式表示的近场动力学是一种新兴的非局部理论,它可以应用于无外设准则的破坏过程预报研究,即使在不连续的物体中,仍对变形体有效。首先,依据Von-Mise屈服面准则,建立了基于塑性应变增量与塑性应力增量变化的冰弹塑性本构模型。然后,分析了该模型的边界条件施加方法和冰的失效判断准则。接着,介绍了本构模型在FORTRAN环境下的数值计算方法。最后,利用常规状态型近场动力学方法模拟冰的四点弯曲破坏过程,预报了时间历程的压力曲线。通过冰的四点弯曲过程数值模拟结果与实验结果的比对分析表明,数值模型预报的冰破坏过程、裂纹扩展模式以及压力曲线和试验结果有较高的一致性。由此本文建立的数值模型能够应用于冰的弹塑性弯曲破坏过程预报。该本构模型为模拟船舶在水平冰中航行时的实际破冰过程提高了基本数值策略。     

地下爆炸对埋地输气管道冲击响应的数值分析

通过适当选取材料本构关系,运用非线性动力学基本理论和ALE算法,利用Ls.DYNA3D有限元程序,对爆炸地冲击作用下引起埋地输气管道的动力响应问题进行了数值模拟分析.通过埋地管道在2组共lO个工况下的数值计算分析,拟合了埋地管道响应(包括速度和动应力)最大值和装药量、爆心与管道中心距离之间的关系.模拟计算结果与经验公式规律十分吻合,表明采用数值模拟方法研究爆炸地冲击对埋地管道的作用是可行的.计算方法为埋地管道在第三方破坏荷载作用下的风险评估提供了一个计算平台,计算结果对埋地输气管道的风险评估和防灾减灾具有重要的参考价值.     

对LS-DYNA中混凝土HJC模型的探讨

有限元动力分析软件LS-DYNA中的HJC混凝土模型（Holmquist-Johnson-Cook）,充分考虑了混凝土的应变效应、材料损伤,以及静水压力对屈服应力的影响.所以,近些年来在模拟冲击荷载和侵彻等方面得到了广泛应用;但对其在爆炸荷载作用下结构动力分析的能力却研究不足.本文介绍了HJC混凝土材料模型的基本原理及建立模型模拟真实实验,并将软件计算结果与实验数据进行了对比.结果表明,HJC混凝土模型能很好地模拟钢筋混凝土构件在爆炸荷载作用下的动力响应.     

钢筋混凝土桥墩拟静力正交试验及数值模拟

为系统研究多参数组合对圆形钢筋混凝土桥墩延性抗震性能的影响,建立较可靠的数值分析模型,开展了以墩高(剪跨比)、纵筋率、轴压比、配箍率为因素的四因素三水平圆形钢筋混凝土桥墩拟静力弯曲破坏正交试验,并基于OpenSees纤维模型及等效塑性铰模型对试验桥墩的骨架曲线、滞回性能进行数值分析.结果表明:试验桥墩位移延性为5.3～...     

陡坡双桩柱式桥墩沉降分析

针对山区陡坡桥墩的复杂受力特点,根据某陡坡双桩柱式桥墩的工程实际情况,利用ADINA有限元分析程序的模拟结果,分析了墩顶竖向荷载、坡顶荷载、桩径、桩柱混凝土强度等级、桩周(岩)土的弹性模量、桩间距等对双桩柱桥墩沉降的影响。结果表明:在竖向荷载作用下,前桩墩顶的沉降比后桩墩顶的大,且随着荷载的增加其差值也越来越大;但是在坡顶荷载作用下,前、后墩顶的沉降变化规律则相反;不论是在墩顶竖向荷载作用下,还是在坡顶荷载单独作用下,前桩柱墩顶的沉降增量总比后桩柱墩顶的要大。在一定的墩顶竖向荷载作用下,随着墩周(岩)土的弹性模量、桩径、桩柱混凝土强度等级的增加,双桩柱墩顶的沉降量都减少,且其减幅基本相同。     

基于HJC模型的盾构刀具切削混凝土数值模拟

为了揭示盾构刀具切削混凝土材料时的阻力大小及变化规律,研究Holmquist-Johnson-Cook动态本构模型（HJC模型）参数的确定方法,并据此对混凝土受切削破坏过程进行数值模拟. 设计室内混凝土试块切削试验,根据试验结果对HJC模型参数进行修正,进一步计算分析切削速度与切削深度对切削阻力的影响. 研究表明,基于HJC模型的数值计算结果可基本反映盾构刀具切削混凝土的阻力大小及变化规律;刀具在切入混凝土表面时,法向切削阻力的波动幅度较大,在切削接近试块自由面时会出现剩余材料整块脱落、切削力骤降为0的现象,该过程在数值模拟中相对平缓;在相同条件下,率效应参数主要影响法向切削阻力的波动幅度,损伤参数则同时影响法向切削阻力的平均值与波动幅度;法向切削阻力随切削速度呈指数形式增加,随切削深度呈线性增加;HJC模型可反映混凝土压碎破坏与材料应变率间的关系及法向切削阻力随深度的线性叠加效应.     

预应力混凝土Y型桥墩强震下耗能机理分析

针对强震下预应力混凝土Y型桥墩的损伤问题,以某市二环路改造工程预应力混凝土Y型桥墩为研究对象,提出了该桥墩的损伤变形及耗能机理,并对其进行了分析.结果表明:强震下Y型桥墩变截面处会出现过多的应力集中,从而导致U形槽区域率先发生损伤,并致使墩柱内力重分布;轴压力的增加会加快墩柱的塑性变形,残余应变增大;横桥向会吸收较多的地震能量,但不能承受过多的位移变化;加固Y型桥墩的U形槽区域,减少桥墩的配重,增加桥墩截面刚度和强度可以有效地提高Y型桥墩的抗震能力.     

混凝土SHPB试验的数值模拟

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,运用HJC本构模型,对混凝土试件的SHPB试验进行数值模拟,重构了混凝土在低、中、中高以及高应变率下的应力应变曲线,并且对试件的破坏形态进行了模拟。研究表明,HJC模型可以很好地模拟混凝土材料的力学性能,重构的应力应变曲线在曲线形态和峰值应力上均与SHPB试验拟合良好,数值模拟得到的混凝土的破坏形态也与SHPB试验一致,确定该强度混凝土材料HJC本构模型材料参数的方法具有通用性。     

HJC和K&C混凝土模型在爆炸荷载作用下的对比研究

在爆炸荷载作用下为比较HJC和K&C混凝土模型分析混凝土力学性能的准确性,基于这两种模型的物态方程参数和强度模型参数对钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应进行了数值分析.研究结果显示,在爆炸荷载作用下应用K&C混凝土模型分析混凝土力学性能的准确性显著优于HJC模型,因此本研究结果可为爆炸荷载作用下分析混凝土的力学性能提供理论参考.     

吉贾尔-帕坦喀喇昆仑公路沿线落石和边坡稳定性数值研究

在中巴经济走廊的重要通道喀喇昆仑公路（KKH）沿线，由于构造运动和降雨渗透对破碎岩石和边坡稳定性的不利作用，造成了大量落石和不稳定边坡。利用数值软件DIPS、GeoRock 2D和SLIDE对巴基斯坦北部吉贾尔-帕坦喀喇昆仑公路沿线的落石和边坡稳定性进行了数值研究；以喀喇昆仑公路沿线两个主要的易受落石影响的路段为例，研究落石和边坡的失稳机理。对4组节理进行的赤平投影分析表明：两处边坡断面均易发生平面破坏和楔形破坏。基于极限平衡理论，在静力条件下，边坡断面1的安全系数为0.917，处于不稳定状态，边坡断面2的安全系数为1.131，处于欠稳定状态；但在地震条件下，两处断面边坡的安全系数均小于1，处于不稳定状态。研究结果表明，边坡断面1和断面2的落石回弹高度分别为33 m和29 m。边坡断面1的落石速度在0.5~44 m/s，总动能达到1 135.099 kJ，而边坡断面2的落石具有0.5~40.901 m/s的速度和973.012 kJ的破坏能力。研究表明，KKH沿线的落石和滑坡具有极大的破坏潜力。