钢筋混凝土梁抗力函数的落锤实验研究

论文摘要

近年来一系列低强度局部战争和恐怖爆炸袭击事件的发生给重要经济、军事和民用建筑的抗爆设防提出了迫切的需求和挑战。钢筋混凝土结构因其优异的力学性能和较高的质量密度成为当前建筑结构抗爆设计的首选，研究钢筋混凝土梁、板、柱等结构构件及整个结构在偶然极端强冲击载荷作用下的动力响应，对于当前建筑结构的抗爆安全设计具有重要的理论意义和工程价值。由于等效简化单自由度（SDOF）方法的概念清晰、简单实用等特点，使其在建筑物构件抗爆性能分析中成为国际上目前最常用方法。等效简化单自由度算法的一个关键难点是抗力函数的确定。目前，抗力函数主要由静力学理论分析和实验获取。采用静力学方法来获得建筑物构件的抗力函数是一种比较自然的作法，但是却不能反映构件的动力学特征，比如应变率效应。本文探索采用落锤加载的方法实现动态冲击载荷，通过测量落锤和构件的加速度和位移，结合等效单自由度理论，直接获取构件的动力学抗力函数，并确定其屈服点。文中首先建立了集中冲击载荷作用下钢筋混凝土梁的等效简化单自由度模型，根据系统运动微分方程提出采用落锤实验获取抗力函数的方法；然后利用非线性动力学有限元程序AUTODYN对落锤冲击加载钢筋混凝土梁的动力学过程进行了仿真研究，对实验方案进行了细致设计；最后通过落锤实验获取了自制钢筋混凝土梁构件的抗力函数，确定了屈服点的等效弹性极限位移和等效屈服抗力，并与静力学理论计算结果进行了比较，说明了实验方案的合理性和可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 等效简化单自由度模型
• 1.2.2 抗力函数
• 1.2.3 实验加载和测试技术
• 1.3 本文主要研究思路和主要研究内容
• 第二章 钢筋混凝土梁的单自由度分析
• 2.1 单自由度理论简介
• 2.2 钢筋混凝土梁在集中冲击载荷作用下的单自由度模型分析
• 2.2.1 模型的建立
• 2.2.2 模型关键参数的确定
• 2.3 落锤实验获取钢筋混凝土梁抗力函数的方案设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 落锤实验获取抗力函数的数值模拟设计
• 3.1 AUTODYN 程序简介
• 3.2 数值模拟设计
• 3.2.1 计算模型的建立
• 3.2.2 垫片厚度的影响
• 3.2.3 落锤质量和撞击速度的设计
• 3.3 数值模拟获取抗力函数
• 3.4 与静力学理论计算结果对比分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 钢筋混凝土梁抗力函数的落锤实验研究
• 4.1 实验设计
• 4.1.1 试件的设计与制作
• 4.1.2 实验加载装置
• 4.1.3 实验测试内容
• 4.2 测试实验
• 4.2.1 橡胶垫片作用的测试
• 4.2.2 图像处理技术的可行性测试
• 4.2.3 加速度测试
• 4.2.4 构件 B2-3 抗力函数获取
• 4.3 与静力学理论计算结果对比分析
• 4.3.1 落锤实验结果
• 4.3.2 静力学理论计算结果
• 4.3.3 对比分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 本文主要完成的工作和创新点
• 5.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果