两层单跨缩尺RC框架结构外爆炸试验数值模拟

基于已有1/4缩尺钢筋混凝土(RC)框架结构爆炸试验,采用有限元软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型,系统全面地分析了爆炸荷载作用下开口框架、带填充墙框架、带部分开洞填充墙框架、车库4种结构形式的动态响应行为,对爆炸冲击波超压、冲量、结构局部及整体响应情况进行了数值模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明:当空气、炸药网格尺寸为50 mm×50 mm时,有限元模型可以较好地预测爆炸冲击波的传播过程和结构响应情况; 框架中柱的正面反射超压模拟值呈上小下大的梯度分布; 框架中柱的冲量模拟值和试验值较为吻合,正面冲量呈上小下大的梯度分布,背面冲量在楼层位置和填充墙附近明显增大; 底层框架中柱的损伤破坏与试验接近,跨中位移模拟值和试验值相对误差小于5%; 填充墙能够阻止爆炸冲击波在结构内部传播,但显著增加中柱位置的冲击荷载和底层楼板上下表面压力差; 通过对比模拟结果与试验结果验证了数值模拟方法、网格尺寸、材料模型与参数取值的正确性与适用性,可为原型RC框架结构抗爆响应和破坏倒塌分析提供有益的参考。     

底部边界约束对填充墙RC框架结构抗侧性能影响的非线性仿真分析

底部边界约束对填充墙RC框架结构抗侧性能影响明显,考虑底部约束效应,合理计算填充墙框架结构侧移刚度及其水平抗力的设计方法亟待形成。采用ANSYS程序对3个单层单跨填充墙框架模型进行非线性仿真分析并与其试验结果对比验证之后,建立了3个单层单跨和3个两层单跨不同开洞率的填充墙框架结构模型,模拟分析了底部边界约束对填充墙RC框架结构抗侧性能的影响,得出了底部构件越刚,墙体所受约束更强,墙体受力区域及其传力路径越优,结构抗侧承载力及侧移刚度越大等结论。     

填充墙不规则布置对RC框架抗震性能影响试验研究

进行3榀单层两跨填充墙RC框架结构试件在水平往复荷载作用下的抗震性能试验,重点研究砌体填充墙及其布置形式对框架结构抗震性能的影响。填砌方式包括两跨均半高填砌和仅一跨全高填砌两种。通过试验结果对各试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、强度退化和耗能性能等抗震性能指标进行分析。试验结果表明:①填充墙对框架具有明显的刚度效应,其存在较大地提高了框架结构的抗侧刚度和水平承载力;②填充墙对框架柱具有明显约束效应,其存在和布置方式对框架结构的破坏形态具有明显影响,带填充墙的框架柱最终均发生剪切破坏;③两跨均半高填砌的框架结构由于填充墙的约束效应,柱均发生"短柱"破坏,其延性和耗能能力均比对比框架差;④仅一跨全高填砌填充墙的框架,其填充墙的破损过程参与了框架结构的滞回耗能,虽然最终在填砌跨柱发生剪切破坏,仍具有较好的抗震性能。研究结果可为考虑填充墙和框架共同作用的弹塑性地震反应分析提供参考。     

砌体填充墙RC框架结构平面内抗震性能有限元模拟

砌体填充墙RC框架结构是我国建筑结构中普遍采用的结构形式,历次地震震害表明填充墙的刚度效应和约束效应改变了主体结构的传力机理,导致整体结构的严重破坏。为了分析其砌体填充墙RC框架侧向承载力和刚度,研究砌体填充墙与RC框架之间的相互协同工作机理和砌体填充墙的开裂模式以及砂浆层的滑移,该文利用三维实体单元和基于表面的粘性接触面模型和摩擦原理,建立一种能够较好地模拟其平面内抗震性能的分离式有限元模型。对一个已有试验分别建立普通有限元模型和分离式有限元模型,二者的分析结果与试验结果的对比表明,分离式有限元模拟方法可以更加准确地预测砌体填充墙RC框架结构的侧向承载力和刚度,并且可以有效地模拟出砌体填充墙的开裂模式,通过塑性应变可以判断出RC构件的失效。     

成层式防护结构爆炸填塞效应研究

成层式结构爆炸效应试验中,爆炸填塞效应会影响下部结构层的动力响应和毁伤效果,如何分析并充分考虑爆炸填塞效应规律成为爆炸试验必须重视的问题。为研究成层式结构的爆炸填塞效应,利用数值模拟方法重点分析了炸药柱在遮弹层中外露、浅埋等爆炸作用下分配层的爆炸成坑、应力峰值以及支撑结构层的应力和变形等参数的变化规律,阐明了爆炸填塞效应原因及变化趋势,并给出了相关填塞系数与比例埋深的关系表格。结果表明：当遮弹层厚度较小时,炸药在遮弹层内发生抛掷爆炸,随着炸药柱在遮弹层内埋深的增加,分配层中爆炸成坑直径、成坑深度快速增加,结构层顶面应力峰值快速增大,爆炸填塞效应显著增大;当遮弹层厚度较大时,炸药在遮弹层内发生近似封闭爆炸,虽然遮弹层厚度继续增加,但爆炸填塞效应趋于稳定。     

爆炸作用下钢筋混凝土多层框架结构反应分析

针对日益严重的恐怖主义汽车炸弹袭击,对中远距离爆炸荷载作用下的钢筋混凝土多层框架结构进行研究。文章以四层框架为例,分析中结合应用了爆炸荷载计算软件CONWEP与大型有限元计算软件,采用了数值模拟的方法。通过分析明确了爆炸作用在结构中的传播过程与结构反应特点,分析了不同炸药量与爆炸距离下结构的整体变形与破坏特征,并以楼层位移角理论为基础,建立了损伤指数评价标准,给出了结构损伤等级与炸药量和爆炸距离之间的关系,以此确定结构的防护距离。通过建立这样一个评价标准不但为保护现有重要建筑物不受到爆炸灾害影响提供了参考安全距离,并且为今后新建的民用钢筋混凝土多层框架结构的防爆设计提供了有用的参考依据。     

爆炸作用下钢筋混凝土多层框架结构反应分析

针对日益严重的恐怖主义汽车炸弹袭击，对中远距离爆炸荷载作用下的钢筋混凝土多层框架结构进行研究。文章以四层框架为例，分析中结合应用了爆炸荷载计算软件CONWEP与大型有限元计算软件，采用了数值模拟的方法。通过分析明确了爆炸作用在结构中的传播过程与结构反应特点，分析了不同炸药量与爆炸距离下结构的整体变形与破坏特征，并以楼层位移角理论为基础，建立了损伤指数评价标准，给出了结构损伤等级与炸药量和爆炸距离之间的关系，以此确定结构的防护距离。通过建立这样一个评价标准不但为保护现有重要建筑物不受到爆炸灾害影响提供了参考安全距离，并且为今后新建的民用钢筋混凝土多层框架结构的防爆设计提供了有用的参考依据。     

爆炸荷载下钢筋混凝土框架连续倒坍特性及影响因素研究

防止结构在爆炸荷载下连续倒坍问题日益受到广泛关注。采用ANSYSLS-DYNA软件,对钢筋混凝土框架进行爆炸荷载作用下数值模拟。通过结构的动态响应,研究失效构件位置、构件尺寸、配筋率、炸药距离等参数对框架结构整体连续倒坍行为的影响。数值模拟分析结果表明:边柱失效比中柱失效引起的破坏更严重;适当提高配筋率或增加梁高可降低结构连续倒坍可能性;楼板形成的悬链效应能延缓连续倒坍速度;爆炸距离稍远结构连续倒坍风险显著降低;采用缓冲吸能材料(泡沫铝板)对于结构的关键构件进行安全防护,是防止框架结构连续倒坍的有效措施。研究成果可以为参数影响分析和爆炸荷载作用下钢筋混凝土框架连续倒坍破坏模式控制提供参考。     

基于易损性的RC空间框架填充墙结构连续倒塌能力分析

为研究填充墙对RC空间框架抗竖向连续倒塌能力的影响,对一栋6层双跨RC框架结构采用OpenSees有限元软件进行了建模,利用集中塑性的beamWithHinges单元模拟填充墙的性能。考虑到结构的不确定性,在有限元模型的基础上采用改进的拉丁超立方体抽样法获得了性能不同的100个纯框架结构和100个框架填充墙结构,并采用PDA方法和竖向IDA方法对取得的样本进行了易损性分析和对比。分析结果表明：填充墙提高了框架结构的抗倒塌能力,发生连续倒塌概率相同的情况下,框架填充墙结构的承载能力要比纯框架结构的高10%~20%。此外,两种分析方法对纯框架结构的抗连续倒塌能力分析差别较小,而对于带填充墙的框架结构,PDA方法计算结果则偏于保守。     

水平荷载作用下洞口对填充墙RC框架结构受力性能影响的非线性分析

在3个单层单跨、开洞率不同的填充墙钢筋混凝土框架水平荷载试验模型分析的基础上,用同样的模拟方法,对设计的19个单层单跨、不同洞口情况的填充墙钢筋混凝土框架模型进行了水平荷载作用下全过程模拟分析。分析结果表明通窗、窗洞左置和门洞右置为不利洞口情况,通窗可导致"短柱效应",使框架柱剪力明显增大,洞口率越高(或窗洞左移、门洞右移)则水平承载力和侧移刚度越低,通窗填充墙框架结构按现行方法设计存在安全隐患而非通窗类洞口填充墙框架结构是安全的。