小型汽车撞击钢筋混凝土框架结构简化数值模型研究

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1、中文图书分类号：TU375.4密级：公开UDC：624学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：小型汽车撞击钢筋混凝土框架结构简化数值模型研究论文作者：程小卫学科：土木工程指导教师：闫维明论文提交日期:2015.7.10UDC：624学校代码：10005中文图书分类号：TU375.4学号：S201204013密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文小型汽车撞击钢筋混凝土框架结构简化数值题目：模型研究THESTUDYONTHESIMPLIFIEDNUMERIC

2、ALMODELFORTHE英文题目：REINFORCEDCONCRETEFRAMESSBUJECTEDTOIMPACTOFSMALLVEHICLE论文作者：程小卫学科专业：土木工程研究方向：结构撞击倒塌研究申请学位：工学硕士指导教师：闫维明教授所在单位：建筑工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为

3、获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：程小卫日期：2015年7月10日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：程小卫日期：2015年7月10日导师签名：闫维明日期：2015年7月10日摘

4、要摘要随着建筑和交通的发展，道路负担日益加重。由于交通拥挤、意外事故和恐怖袭击等导致的车辆撞击建筑结构的事件频频发生，建筑物在车辆撞击下的倒塌风险不断提高。车辆撞击建筑物的力学机理复杂，涉及接触、动力、弹塑性、材料失效与断裂等问题，准确的建模分析需要建立精细的结构和车辆模型，花费大量的计算分析时间，在工程设计中难以广泛应用。为此，本文基于有限元软件LS-DYNA对车辆撞击钢筋混凝土框架结构问题进行了研究，建立了简化的数值分析模型，主要包括以下三个方面的内容：(1)分析了不同因素对刚体碰撞钢筋混凝

5、土柱时撞击力和柱动力响应的影响，包括撞击体速度、质量和形状，钢筋混凝土柱纵向配筋率、配箍率和混凝土轴心抗压强度以及材料应变率，并在此基础上提出了刚体撞击钢筋混凝土柱时简化撞击力时程曲线。分析表明钢筋混凝土柱在撞击作用下的破坏模式主要包括：局部损伤型、整体破坏型和局部破坏型。影响撞击力曲线变化的因素可分为三种：撞击体自身的因素，影响柱体刚度的因素和影响柱体材料强度的因素。各种因素对撞击力峰值、撞击力平台值和撞击持时分别具有不同的影响规律。这些规律将为建立建筑结构倒塌分析的简化撞击力时程曲线提供参考

6、。(2)建立了钢筋混凝土框架的多尺度模型和精细化模型，并针对该模型分别采用了拆除构件法和撞击全过程法分析了撞击荷载下框架结构的动力响应。结果表明：拆除构件法在分析撞击荷载下结构连续倒塌时由于忽略了撞击力及其对周围结构造成的初始损伤、初始位移和初始速度，低估了结构的动力响应，不能合理反映撞击作用下框架结构的破坏模式；多尺度模型能够准确模拟撞击作用下框架结构的动力响应和破坏模式，同时计算时间仅为精细模型的1/3。(3)建立了车辆斜向撞击钢筋混凝土柱的简化质量—弹簧的单自由度车辆简化模型，采用真实车辆

7、和简化车辆模型撞击刚柱、钢筋混凝土柱和钢筋混凝土框架结构对简化模型进行了验证，并提出了车辆撞击钢筋混凝土柱的简化撞击力曲线。结果表明：本文提出的简化车辆模型能够合理的反应车辆撞击时的受力和变形特性；车撞击钢筋混凝土柱的撞击力时程可分为四个阶段：弹性撞击阶段、振荡阶段、稳态阶段和衰减阶段，其中后三个阶段与刚体撞击钢筋混凝土柱时一致，故可将车辆撞击钢筋混凝土柱的撞击力看做弹性撞击和刚体撞击的叠加。关键词：钢筋混凝土框架结构;车辆撞击;连续倒塌;多尺度模型;车辆简化模型;简化撞击力曲线IABSTRAC

8、TAbstractWiththedevelopmentoftransportationandarchitecturalstructure,theburdenofroadisgrowing.Forthereasonofheavytraffic,accidentaleventandterroristattack,thecasethatvehiclehitsthesurroundingstructureoccursfrequentlyandtheriskofsurroundingstructureco