不同宽厚比H形截面钢梁抗冲击性能

基于经实验校核的非线性有限元模型,对受横向冲击作用的H形钢梁进行了有限元分析。设计不同宽厚比组配的H形钢梁,分析H形钢梁跨中受横向冲击的动态响应和应力发展过程,并研究宽厚比对H形钢梁抗冲击性能的影响,重点讨论了腹板厚度、翼缘厚度对冲击力平台值和峰值以及耗能的影响。分析结果表明,两端铰接H形钢梁在跨中受冲击载荷作用下的变形模式主要为弯曲变形。相同冲击能量下,冲击力平台值主要受翼缘厚度的影响,冲击力峰值主要受腹板厚度的影响。翼缘厚度对钢梁抗冲击性能的影响要大于腹板厚度。本研究可为不同宽厚比H形钢梁的抗冲击设计提供依据和参考。     

空心率对中空夹层钢管混凝土组合柱耐撞性能影响

以外层为不锈钢的中空夹层钢管混凝土柱为研究对象,采用有限元分析软件,模拟该类构件在低速横向冲击下的动力响应,讨论空心率对其耐撞性能的影响,并提出稳固性因数来评估结构的耐撞性能,同时展开3组实验对有限元模拟典型算例进行校正。试件的耐撞性能主要从抗冲击能力与冲击过程中结构的稳固性方面讨论。研究结果表明:空心率在0~0.73范围内,其对冲击力平台值影响不明显,试件抗冲击能力没有明显变化;空心率大于0.73,冲击力平台值明显下降,试件抗冲击能力明显减弱。空心率在0~0.6范围内,试件冲击过程中的结构稳固性因数保持在一个较高水平;空心率0.6~1.0范围内,试件冲击过程的结构稳固性因数明显降低,且呈单调下降趋势。     

基于正交设计的冲击荷载下型钢混凝土梁动力性能有限元分析

为研究冲击荷载下型钢混凝土梁的动力性能,取试验结果验证模型有效性后,使用有限元软件ABAQUS建立了型钢混凝土梁落锤冲击模型．在对比了型钢混凝土梁与钢筋混凝土梁的动力性能后,分析了落锤速度对型钢混凝土梁的冲击位移、冲击力、冲击力位移曲线、惯性效应、塑性耗能等性能的影响,然后基于正交设计,研究了落锤质量、落锤速度、混凝土强度等参数对型钢混凝土梁动力性能的影响．研究结果表明：型钢混凝土梁的抗冲击性能较好;落锤速度是影响构件动力性能的主要参数,落锤质量对动力性能的影响较大,提高混凝土强度有助于增强构件的抗冲击性能．     

钢骨混凝土构件抗冲击性能试验研究

利用超重型落锤试验机对钢骨混凝土构件进行了侧向冲击试验，研究了落锤冲击钢骨混凝土构件的冲击全过程和最终的破坏形态；分析了钢骨混凝土构件冲击力、位移和轴力时程曲线的特性；对比了不同冲击速度、冲击能量、轴压和边界条件等因素对钢骨混凝土构件的动力响应的影响。结果表明:钢骨混凝土构件在落锤冲击作用下外侧混凝土破坏严重，且冲击能量越大，外侧混凝土越易出现剪切破坏，但内部钢筋和钢骨只发生了一定的弯曲变形，表明钢骨混凝土构件抗冲击性能整体良好。本次试验参数范围内，钢骨混凝土构件的冲击力和跨中位移随冲击速度增加而增大；轴压力增大使钢骨混凝土构件的冲力峰值增大，冲击持时和跨中位移减小；相对于固简支和两端简支的边界条件，两端固支的边界对于钢骨混凝土构件的抗冲击性能提升最好。     

多次低强度冲击对蜂窝纸板缓冲性能的影响

针对多次低强度冲击缓冲包装材料局部损伤研究的不完善,本文首次研究了多次低强度冲击对蜂窝纸板缓冲性能的影响。首先对蜂窝纸板进行5cm高度下的低强度多次冲击,再进行80cm高度下较高强度的一次冲击,以模拟实际产品运输过程中的冲击与跌落。通过实验获得了蜂窝纸板的载荷-位移曲线和能量吸收图。结果表明:1首次低强度冲击后蜂窝纸板出现屈曲和折叠,载荷-位移曲线出现屈曲峰值;受到重复冲击后折叠扩展,载荷-位移曲线由软弹簧变形阶段和平台阶段构成,屈曲现象不再明显,平台阶段的承载力比首次低强度冲击时的屈曲载荷下降了60%;随着低强度冲击次数的增加,蜂窝纸板在各次冲击时吸收的能量呈上升趋势;2蜂窝纸板剩余结构在经受较高强度冲击时,其载荷-位移曲线具有软弹簧变形阶段、平台阶段、密实化阶段的特征,平台阶段体现出明显的屈曲渐进过程;随着低强度冲击次数的增加,蜂窝纸板剩余结构在较高强度冲击时吸收的能量呈下降趋势。蜂窝纸板在经历多次低强度冲击后,虽有局部折叠,但仍能在一定程度上起到保护产品的作用,是一种理想的缓冲结构材料。     

CFRP-混凝土-钢管组合结构在低速侧向撞击下的动力响应

采用有限元软件ABAQUS建立了碳纤维增强聚合物（CFRP）-混凝土-钢管组合结构在低速侧向撞击作用下的有限元模型。模型的计算结果与试验结果吻合良好,能够较好地模拟CFRP-混凝土-钢管在侧向撞击下的力学特性。利用该模型,对试件在冲击荷载作用下的动力响应全过程进行分析,采用正交分析法研究了冲击高度、空心率等7种因素对试件冲击力峰值、冲击力平台值和跨中残余挠度的影响。结果表明:冲击高度（冲击能量）是影响冲击力峰值的主要因素;空心率是影响冲击力平台值的主要因素,并且当空心率在0.3~0.7之间时,试件的抗撞击性能随着空心率的提高而逐渐增强;冲击后结构的跨中残余挠度由冲击高度、空心率、CFRP层数、CFRP方向等因素共同影响。     

冲击荷载下内衬八边形钢管空心钢筋混凝土柱的动力响应

以一种内衬八边形钢管空心钢筋混凝土柱为研究对象，在自主研发的无导轨式大型落锤试验机上，完成了3种不同边界条件、2种不同冲击高度以及2种不同轴压比的侧向冲击实验。研究了不同冲击高度、边界条件和轴压比下试件的破坏形态、冲击力时程曲线和跨中位移时程曲线，并选取一根普通空心钢筋混凝土试件与同条件的内衬钢管空心钢筋混凝土试件进行了对比。结果表明:用内衬钢管替代内置钢筋笼使得构件的抗冲击性能明显优于相应的普通空心钢筋混凝土构件，且在轴压比不超过0.3的范围内，轴压比的改变对冲击结束后本内衬八边形钢管空心钢筋混凝土试件的残余挠度影响不大。     

落石冲击下隧道大跨度棚洞的动力响应数值分析与抗冲击研究

为研究大跨度棚洞在落石冲击下的力学性能以及轻质土的抗冲击性能,根据所确定的落石冲击能量,利用动力有限元数值方法对山岭隧道大跨度棚洞受落石冲击作用的动力响应进行了分析,研究了棚洞钢筋混凝土结构受落石冲击作用的损伤特性,将不同工况下的冲击深度时程曲线和冲击力时程曲线进行了对比,比较了棚洞顶部回填普通土和轻质土时对落石冲击作用的缓冲效果,并给出了棚洞顶部回填材料及其回填土厚度的建议。     

纸夹芯和泡沫复合层状结构的动态缓冲吸能特性研究

针对由EPE(Polyethylene foam,聚乙烯泡沫)、瓦楞纸板、蜂窝纸板组成的复合层状结构在跌落冲击载荷作用下的缓冲防护特性,研究了加速度-冲击持续时间曲线、应力-应变曲线的特征,探讨了冲击能量对峰值应力、缓冲吸能特性的影响关系。结果表明,纸瓦楞、纸蜂窝改善了EPE的缓冲吸能特性,纸夹芯和泡沫复合层状结构的峰值应力、单位面积吸能、单位体积吸能、比吸能都随着跌落冲击能量的增加呈线性增加的趋势。在相同跌落冲击条件下,相比瓦楞与EPE复合结构,蜂窝与EPE复合结构的峰值应力平均减少了23.6%,能量吸收率平均提高了8.85%,比吸能平均提高了18.1%,缓冲吸能效果更好。     

FRP-混凝土-钢双壁空心管柱抗冲击性能研究与机理分析

FRP-混凝土-钢双壁空心管柱（FRP-concrete-steel double skin tubular columns）目前已在桥梁墩柱中得到应用,抗冲击性能是其推广应用的重要指标。为此,基于前期试验,采用ABAQUS软件建立了考虑轴力与侧向冲击耦合影响的有限元模型。首先,分析了轴力-冲击联合作用下该类构件的抗冲击机理;其次,重点研究了FRP厚度和缠绕角度、轴压比、冲击速度、空心率、内钢管径厚比与材料强度对抗冲击性能的影响;最后,给出了轴力-冲击耦合作用下构件动力放大系数的计算公式。结果表明,混凝土的塑性变形是构件抗冲击的主要耗能机制;轴力对构件抗冲击性能有明显影响,当轴压比大于0.7时,轴力对抗冲击性能有削弱作用;内钢管径厚比对构件抗冲击性能影响较小;建议的计算公式可较好地预测该类构件的抗冲击承载力。     

RPC箱型桥墩抗震性能的试验研究与数值分析

以RPC箱型桥墩为研究对象,拟定合理结构形式和尺寸,设计了3个RPC箱型墩试件。通过对试件施加常轴力以及水平反复荷载,研究了水平荷载加载方向角对RPC箱型墩抗震性能的影响,分析了各试件的韧性、滞回曲线、骨架曲线、荷载退化曲线和刚度退化曲线等方面的特征,并得出了各试件的位移延性系数和耗能系数。作者编制并验证了单向荷载作用下的全过程非线性数值分析程序。实验与数值结果表明:RPC箱型墩具有较好的抗震性能,水平荷载加载方向角是影响箱型墩抗震性能的一个重要因素;斜向受力构件的抗震性能要弱于主轴受力构件。     

金属圆管抗卷曲劈裂变形吸能特性研究

为研究小尺寸、高吸能比率的安全防护吸能元件及其吸能特性,试验对比研究了壁厚3mm与4mm、内径均为26mm的两种类型金属圆管在抗卷曲轴向劈裂过程中的变形及能量吸收特性,并采用能量法分析了其吸能原理。研究结果表明:试件劈裂吸能过程可分为"波动载荷"吸能阶段和"恒定载荷"吸能阶段,恒定载荷值达71.9~143.1kN,相应的恒定载荷吸能量达4.74~7.61kJ,劈裂作用全程吸能总量达到5.68~11.24kJ;试件轴向劈裂变形稳定,形成放射状"螺旋式"扩展管条或"非螺旋式"扩展管条;试件劈裂过程主要是通过扩径塑性变形、管壁撕裂、管条摩擦、管条塑性展平耗散能量;试件恒定载荷值及相应吸能量的试验结果与理论分析结果相符合。由此,抗卷曲条件下金属圆管劈裂过程可实现恒定载荷的高效吸能作用。     

四肢钢管混凝土格构柱地震损伤模型及试验研究

为了评价巨型组合结构体系中钢管混凝土格构柱的地震损伤情况,对4根四肢钢管混凝土格构柱进行了拟静力试验,得出了四肢钢管混凝土格构柱在水平低周反复荷载作用下的水平荷载-位移滞回曲线、破坏特征和构件损伤情况。在试验所获得滞回曲线的基础上,通过对能量系数和耗能因子的修正,在传统双参数地震损伤模型基础上建立了适用于巨型组合结构体系中钢管混凝土格构柱的考虑无效耗能的双参数地震损伤模型,与试验结果相吻合。结果表明,修正后的模型能够较为准确地反映四肢钢管混凝土格构柱各位移阶段的损伤系数,为巨型组合结构体系中钢管混凝土四肢格构柱及其结构的地震损伤分析提供参考依据。     

钢板剪力墙结构的耗能能力

在钢板剪力墙结构(简称SPSW)基于能量的性态抗震设计中,需要合理计算有不同滞回特征构件的滞回耗能.为反映剪力墙板滞回曲线的捏缩特征,本文提出了过程捏缩系数及平均捏缩系数,给出了剪力墙板滞回耗能的计算方法.采用数值方法细致分析1榀梁柱刚接的单层、单跨钢板剪力墙结构的滞回性能及耗能能力,并设计了12榀梁柱铰接的单层、单跨SPSW试件,考察了跨高比及高厚比两个参数对剪力墙板滞回性能的影响,总结了捏缩系数的变化规律,提出了简化计算公式.     

软质聚氨酯泡沫的动态压缩力学性能和本构模型

采用Instron 9350落锤试验机研究了中低应变率下软质聚氨酯泡沫的动态压缩力学性能,分析了其应力-应变响应特征和应变率敏感性,讨论了应变率对材料应变率敏感性指数和能量吸收特性的影响,并基于实验结果建立了可准确描述其压缩力学响应的率相关本构模型。结果表明,软质聚氨酯泡沫的静动态压缩应力-应变响应具有典型的三阶段特征,且呈现出明显的应变率强化效应。准静态加载下,材料具有较高的吸能效率但能量吸收值较小,应变率对最大吸能效率和比吸能的影响较小;动态加载下,随着应变率的增加,最大吸能效率显著减小而比吸能明显增大。考虑应变率影响的修正Sherwood-Frost模型和修正Avalle模型都能够很好地表征软质聚氨酯泡沫的静动态压缩应力-应变响应,但修正Avalle模型的参数较少,更便于工程应用。研究结果可为软质聚氨酯泡沫抗冲击结构的设计和优化提供指导。     

负泊松比蜂窝面内动态压缩行为与吸能特性研究

利用有限元软件ANSYS-LSDYNA研究了负泊松比蜂窝结构面内冲击动力学特性。在壁长和相对密度不变的前提下,建立了负泊松比蜂窝模型;通过改变胞元扩展角,讨论了冲击速度对蜂窝材料面内冲击变形模式和能量吸收能力的影响。数值研究发现,冲击载荷作用下负泊松比蜂窝结构的面内冲击性能更多依赖于冲击速度。提高冲击速度,冲击端的峰值应力、平台应力、试件的比吸能均增高;但在相同冲击速度下,冲击端和支撑端的峰值应力、平台应力、试件的比吸能均随胞元扩展角的增大而降低。     

方钢管混凝土框架抗震性能及P-Δ效应研究

为了对方钢管混凝土框架的抗震性能及P-Δ效应进行研究,设计制作了1榀方钢管混凝土框架进行低周反复加载试验。研究表明:方钢管混凝土框架试件的滞回曲线呈饱满的梭形,破坏时的等效黏滞阻尼系数为0.2241,表明该框架结构具有良好的抗震耗能性能;试件在正负向的平均位移延性系数为2.94,表现出了较好的延性性能;破坏时的平均位移转角为1/36,表现出了较强的抗倒塌能力;随着加载位移的增加,试件的残余变形及等效黏滞阻尼系数均会逐渐增大,而强度衰减幅度总体上呈现出先增大后减小的变化趋势,刚度退化速率呈现出先快后慢的变化趋势。最后基于试验数据,对P-Δ效应的影响进行了分析,提出了相关建议。上述结果可为相关的工程应用及理论分析提供参考。     

TiNi柱壳在不同约束下的横向冲击实验

为了解TiNi柱壳横向压缩力学性能以制造可重复使用抗冲吸能装置, 对有、无侧向约束的TiNi柱壳进行了横向冲击实验。利用改进的霍普金森压杆装置(SHPB), 配套波形分离方法, 实现了较长时间(~3 ms)的波形测量, 获得了TiNi柱壳在动态加载下的载荷压缩量曲线。通过高速摄影, 捕捉了柱壳的动态变形过程。结果表明, 无约束试件具有优良的可恢复变形能力, 承载力平台段特征明显。侧向约束的引入, 可以有效提高柱壳的承载力和耗能能力, 可以承受更高速度的冲击。选择合适的约束组合, 可望同时实现较大压缩行程和高耗能, 制造实用的抗冲吸能装置。     

GFRP管型钢再生混凝土组合柱轴压性能及承载力计算

通过对11根玻璃纤维(GFRP)管型钢再生混凝土组合柱的静力加载试验以研究其轴压性能,主要考虑再生粗骨料取代率、配钢率和长细比、再生混凝土强度等级等设计参数,重点分析试件破坏过程及形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线和承载力等。结果表明:各试件试验过程及破坏形态相似,型钢先发生屈服,随后内部再生混凝土被压碎,最后外部GFRP管纤维撕裂破坏;试件轴压承载力随着取代率和长细比的增大而逐渐减小,其最大降幅分别为10.8%和9.5%;提高配钢率和再生混凝土强度对组合柱的轴压承载力是有利的,其最大增幅分别为14.1%和6.1%。在GFRP管的约束作用下,内部型钢再生混凝土处于三向受压状态,组合柱的承载力得到了显著提高。在此基础上,采用叠加原理并考虑再生粗骨料取代率及长细比的不利影响,提出GFRP管型钢再生混凝土组合柱的轴压承载力计算公式,计算值与试验吻合较好。     

多折角梯形台面折纸夹层结构的冲击防护性能

多折角梯形台面折纸（truncated square pyramid, TSP）作为新型折叠结构,具有良好的抗冲击、能量吸收特性并具有模块化易加工的特点。基于此结构模块化形成了单层以及多层夹层板,利用空气炮试验装置研究了背板无支撑的夹层结构以及覆层结构,在不同冲击工况、边界条件下结构的冲击防护性能以及吸能特性。通过测量、对比单层夹层结构的位移时程及冲击后的失效模式,对抗冲击性能进行了评估。利用装于背板的多点压力传感器装置,测量冲击作用下覆层结构对背板不同位置的传递力时程,研究不同工况下的缓冲性能。对于背板无支撑夹层工况,背板的残余位移随冲击速度的增大而增大。对于覆层工况,双层覆层有较好的能量吸收和抗冲击性能,相比于单层表现出更充分的芯层利用率。此外,冲击位置通过改变模块单元的变形模式对覆层结构动态响应产生显著影响,尤其影响传递力峰值和峰值出现时间。研究结果可为TSP防护结构的工程设计和应用提供参考。