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    側向沖擊荷載下鋼筋混凝土墩柱的性能

    趙武超 錢江

    趙武超, 錢江. 側向沖擊荷載下鋼筋混凝土墩柱的性能[J]. 工程科學學報, 2019, 41(3): 408-415. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.015
    引用本文: 趙武超, 錢江. 側向沖擊荷載下鋼筋混凝土墩柱的性能[J]. 工程科學學報, 2019, 41(3): 408-415. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.015
    ZHAO Wu-chao, QIAN Jiang. Performance of reinforced concrete pier columns subjected to lateral impact[J]. Chinese Journal of Engineering, 2019, 41(3): 408-415. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.015
    Citation: ZHAO Wu-chao, QIAN Jiang. Performance of reinforced concrete pier columns subjected to lateral impact[J]. Chinese Journal of Engineering, 2019, 41(3): 408-415. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.015

    側向沖擊荷載下鋼筋混凝土墩柱的性能

    doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.015
    基金項目: 

    國家自然科學基金資助項目 51438010

    詳細信息
      通訊作者:

      錢江, E-mail: jqian@#edu.cn

    • 中圖分類號: O347.1;TU375

    Performance of reinforced concrete pier columns subjected to lateral impact

    More Information
    • 摘要: 采用數值仿真技術建立了足尺鋼筋混凝土墩柱精細有限元模型, 分析了側向沖擊荷載下墩柱的動態響應和抗沖擊性能, 提出了一種基于截面損傷因子的損傷評估方法, 討論了不同碰撞參數對鋼筋混凝土墩柱破壞模式和損傷機理的影響.結果表明: 沖擊荷載下鋼筋混凝土墩柱的耗能主要分為接觸區域局部耗能和構件整體耗能; 當沖擊體的初始動能恒定時, 沖擊質量和沖擊速度的不同組合會導致鋼筋混凝土墩柱損傷破壞機理的顯著差異; 基于截面損傷因子的損傷評估方法可以比較準確地描述墩柱的破壞狀態.軸壓力對墩柱抗撞能力的有利貢獻比較有限, 且墩柱隨著軸力的增大更易發生剪切破壞; 沖頭剛度對碰撞力和墩柱動態響應的影響十分顯著.

       

    • 圖  1  鋼筋混凝土梁的尺寸及配筋(單位: mm)

      Figure  1.  Dimension and reinforcement layout of reinforced concrete beams (unit: mm)

      圖  2  沖擊試驗有限元模型

      Figure  2.  Finite element model for the impact test

      圖  3  沖擊后鋼筋混凝土梁的損傷分布對比

      Figure  3.  Comparison of damage patterns of the impacted reinforced concrete beam

      圖  4  碰撞力(a) 和跨中撓度(b) 試驗和模擬結果對比

      Figure  4.  Experimental and simulated results comparison of impact force (a) and mid-span displacement (b)

      圖  5  鋼筋混凝土墩柱有限元模型(單位: mm)

      Figure  5.  Finite element model of reinforced concrete pier column (unit: mm)

      圖  6  沖擊作用下墩柱損傷演變過程. (a) 3 ms; (b) 9 ms; (c) 30 ms; (d) 80 ms

      Figure  6.  Damage development of reinforced concrete pier under impact loading: (a) 3 ms; (b) 9 ms; (c) 30 ms; (d) 80 ms

      圖  7  碰撞力和位移時程曲線

      Figure  7.  Time history of the impact force and displacement

      圖  8  系統能量變化過程

      Figure  8.  Varied processes of the system energy

      圖  9  損傷因子沿高度的分布

      Figure  9.  Distribution of damage factor along pier height

      圖  10  帶彈簧沖頭的沖擊體

      Figure  10.  Impact body with spring nose

      圖  11  各個工況下鋼筋混凝土墩柱的損傷狀態

      Figure  11.  Damage states of the reinforced concrete pier columns

      圖  12  碰撞剛度對碰撞力影響對比

      Figure  12.  Effect of impact stiffness on the impact force

      圖  13  沖量、耗能分別與初始動量、動能的比值

      Figure  13.  Ratios of the impulse to the initial momentum and the inter-nal energy to the initial kinetic energy

      圖  14  碰撞力峰值與初始動能的關系

      Figure  14.  Relationships of peak impact force and initial kinetic energy

      圖  15  墩柱各部分材料耗能與初始動能的比值

      Figure  15.  Ratios of the energy dissipation of material composition to the initial kinetic energy

      表  1  墩柱設計參數及動態響應

      Table  1.   Design parameters and dynamic response of the reinforced concrete pier columns

      設計工況 沖擊質量/
      t
      沖擊速度/
      (m·s-1)
      初始動能/
      kJ
      軸壓比/
      %
      沖擊體彈簧剛度/
      (MN·m-1)
      碰撞力峰值/
      MN
      碰撞點最大位移/
      mm
      體系沖量/
      (kN·s)
      墩柱耗能/
      kJ
      損傷因子,
      ds
      墩柱破壞狀態
      C1 10 15 1125 0 16.97 190 168 1068 0.903 構件失效
      C2 10 15 1125 7 17.60 179 167 1066 0.895 重度損傷
      C3 10 15 1125 14 18.37 189 160 1084 0.912 構件失效
      C4 10 15 1125 28 19.27 127 構件失效
      C5 10 15 1125 7 20 6.14 54 280 241 0.814 重度損傷
      C6 10 15 1125 7 200 12.21 191 163 1025 0.917 構件失效
      C7 10 15 1125 7 2000 16.26 182 168 1060 0.903 構件失效
      C8 5 10 250 7 12.49 26 61 218 0.795 重度損傷
      C9 5 15 562.5 7 16.61 59 87 512 0.854 重度損傷
      C10 5 20 1000 7 20.55 132 110 949 0.902 構件失效
      C11 5 25 1562.5 7 24.73 211 135 1493 0.917 構件失效
      C12 10 10 500 7 13.54 60 120 440 0.875 重度損傷
      C13 10 20 2000 7 21.48 212 構件失效
      C14 20 5 250 7 9.35 37 130 198 0.794 重度損傷
      C15 20 10 1000 7 14.12 173 228 929 0.885 重度損傷
      C16 20 15 2250 7 18.21 272 構件失效
      C17 30 5 375 7 9.54 56 188 307 0.850 重度損傷
      C18 30 10 1500 7 14.33 281 構件失效
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    • 加載中
    圖(15) / 表(1)
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    出版歷程
    • 收稿日期:  2018-02-28
    • 刊出日期:  2019-03-20

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