钢筋混凝土剪力墙平面外抗冲击性能试验与数值分析

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1、学校代号10532学号S150100025分类号TU375密级公开硕士学位论文钢筋混凝土剪力墙平面外抗冲击性能试验与数值分析学位申请人姓名史先达培养单位土木工程学院导师姓名及职称易伟建教授学科专业土木工程研究方向混凝土结构抗连续倒塌论文提交日期2018年6月2日学校代号：10532学号：S150100025密级：公开湖南大学硕士学位论文钢筋混凝土剪力墙平面外抗冲击性能试验与数值分析国家重点研发计划（2016YFC0701400）资助国家自然科学基金（51338004）资助学位申请人姓名：史先达导师姓名及职称：易

2、伟建教授培养单位：土木工程学院专业名称：土木工程论文提交日期：2018年6月2日论文答辩日期：2018年6月5日答辩委员会主席：李正农教授Experimentandnumericalanalysisofreinforcedconcreteshearwallout-of-planeimpactresistancebySHIXiandaB.E.(HunanUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegree

3、ofMasterofEngineeringinCivilEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorYIWeijianJune,2018I钢筋混凝土剪力墙平面外抗冲击性能试验和数值分析摘要在使用过程中钢筋混凝土建筑结构可能会遭遇冲击荷载作用，如煤气爆炸、车辆撞击建筑物和船舶碰撞桥梁或海上设施等。在冲击荷载作用下钢筋混凝土结构的行为是未被充分了解的研究领域，因此研究冲击荷载作用下钢筋混凝土结构的行为具有重要意义。目前研究中对于

4、钢筋混凝土剪力墙的研究很少，钢筋混凝土剪力墙作为竖向承重的关键构件，一般设计中并未考虑平面外的受力，一旦墙体发生破坏可能造成严重后果。本文通过试验、有限元模拟和参数分析等方面对冲击荷载作用下钢筋混凝土剪力墙平面外的动态响应进行了研究，本文的主要研究工作如下：(1)设计了可以调整锤重和锤速的摆锤试验机，并利用摆锤试验机进行钢筋混凝土墙体平面外的冲击试验。本次试验共进行4个试验构件的设计，其中包括2个现浇墙体和2个灌浆套筒连接的装配式墙体，墙体配筋保持相同的配筋率。试验研究了现浇墙体和装配式墙体在冲击荷载作用下的动

5、态响应特征，相同墙体之间的试验变量为冲击质量。试验中对各个测点的位移、冲击质量、各个测点的钢筋和混凝土的应变进行了测量，并利用高速摄像机分别对墙体背面中部、侧面和墙体正面下端进行了录像，探究冲击荷载作用下墙体裂缝的发展过程。最总通过试验现象进行总结分析，归纳出冲击荷载作用下钢筋混凝土墙体平面外受力的特点。(2)基于本文的试验数据和前人的试验结果，利用LS-DYNA软件建立了多个试验的三维有限元模型，将有限元模拟结果与试验结果进行比较，结果表明：模拟得到的位移时程曲线和冲击力时程曲线与试验吻合，进而验证了本文后续

6、数值模拟方法的适用性和有效性。(3)利用LS-DYNA软件对钢筋混凝土墙体在冲击荷载作用下的动态响应进行参数分析。建立了7组28个钢筋混凝土墙在冲击荷载作用下的LS-DYNA有限元模型，分析冲击能量、冲击质量、轴压比和配筋率等因素对钢筋混凝土墙体抗冲击性能的影响。结果表明：冲击质量相同时，冲击能量和墙中部最大位移成线性增长的关系；而冲击能量相同时，冲击质量的改变将影响冲击过程中能量在钢筋和混凝土中的分配；随着冲击质量减小冲击速度增大，混凝土局部损伤加重，钢筋吸收能量减小，变形消耗的能量减小导致位移减小；轴压比小

7、于0.3时，轴力对抗冲击能力有利，小轴压比的情况下可以不考虑轴力进行设计，结果偏于安全。最后对基于能量的设计方法进行讨论，提出了利用墙板塑性铰线法的静力II硕士学位论文设计方法来抵抗对应冲击能量作用下的设计思路，并总结了设计流程且对公式中的参数给出了建议取值。关键词：冲击荷载；钢筋混凝土剪力墙；动态响应；试验方法；数值模拟III钢筋混凝土剪力墙平面外抗冲击性能试验和数值分析AbstractReinforcedconcretestructuremaysufferfromallkindsofimpactloadin

8、theprocessofusing,suchasgasexplosions,vehicleimpactbuildingsandcollisionsofbridgesoroffshorefacilities.Thebehaviorsofreinforcedconcretestructuresunderimpactloadarenotfullyunderstandinthefieldofs