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专利号: 2018115935645
申请人: 哈尔滨理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种爆炸荷载作用下基于P-I曲线的RPC板损伤评估方法,其特征是:包括以下步骤:步骤一:根据TNT炸药装药量和爆炸距离,计算爆炸荷载,基于爆炸荷载与等效荷载做功原则求取爆炸荷载点;

步骤二:基于等效单自由度法,将RPC板构件的运动简化为特征方向上的一维运动,计算位移响应,通过求运动的微分方程求取RPC板构件某一点的运动历史,对RPC板结构的损伤程度分析,得到弯曲响应下的RPC板跨中位移时程曲线,获取跨中弯曲响应下的位移峰值;

步骤三:建立剪切响应下的等效单自由度系统,得到剪切响应下的RPC板支座处位移时程曲线,获取支座剪切响应下的位移峰值;

步骤四:定义弯曲响应与剪切响应下损伤程度,分为轻度破坏、中度破坏和重度破坏的损伤评估准则;

步骤五:利用步骤二中获得的跨中弯曲响应下的位移峰值和步骤三中获得的支座剪切响应下的位移峰值,以及步骤四中定义的损伤评估准则,绘制P-I曲线图;

步骤六:将步骤一中获得的爆炸荷载点描绘于P-I曲线图中,获得损伤程度结果。

2.根据权利要求1所述的一种爆炸荷载作用下基于P-I曲线的RPC板损伤评估方法,其特征是:所述步骤一具体为:第一步:利用TNT炸药装药量和爆炸距离,通过公式计算爆炸荷载的超压P:其中,P为爆炸荷载的超压,P(t)为超压时程,Pmax为反射超压峰值,t0是爆炸荷载的持续时间;

第二步:通过经验公式计算Pmax和t0,如下式所示:

其中,Z=R/w1/3是爆炸荷载的比例距离,R和w分别表示为TNT炸药的爆炸距离和炸药量;

第三步:冲量I通过超压P和爆炸荷载持续时间t0通过下式计算求取:I=P·t0/2   (5)

第四步:将计算得到的P和I组合为(P,I)的爆炸荷载点。

3.根据权利要求1所述的一种爆炸荷载作用下基于P-I曲线的RPC板损伤评估方法,其特征是:所述步骤二具体为:第一步:基于等效单自由度法,将RPC板结构构件的运动简化为特征方向上的一维运动,将均布等效外荷载的RPC板的结构单元等效为一个弹簧质量单自由度系统;

第二步:将等效质量、等效抗力和等效荷载代入等效单自由度系统的运动方程中,通过求运动历史微分方程得到RPC板构件某一关键点的运动历史,通过下式求取等效单自由度法的运动历史微分方程:其中,x(t)为等效单自由度系统的位移时程, 为等效单自由度系统的速度时程,为等效单自由度系统的加速度时程,M为RPC板构件总质量,C=ξCcr为RPC板构件粘性阻尼系数,ξ为阻尼比,R(x)为RPC板构件抗力函数, 为临界阻尼常数,k为RPC板构件弹性刚度,Fc(t)为荷载历史,KM、KL分别为等效质量系数和等效荷载系数,KLM为荷载质量因子,KLM=KL/KM;

第三步:等效单自由度系统通过连续体结构与单自由度体系在特征运动方向的动能相等,连续体结构上分布力做功与单自由度体系外力做功相等,通过下式求得单自由度体系的等效质量系数KM和等效荷载系数KL:其中,p(x)是爆炸后施加到RPC板构件表面的动态荷载, 是爆炸后RPC板构件变形形状函数,m(x)是RPC板构件单位长度的质量;

第四步:通过关键点位移x与RPC板结构抗力R的关系确定抗力函数R(x),通过差分法解取式(6)得到弯曲响应下RPC板在爆炸工况下的位移时程曲线,提取峰值点。

4.根据权利要求1所述的一种爆炸荷载作用下基于P-I曲线的RPC板损伤评估方法,其特征是:所述步骤三具体为:第一步:建立剪切响应下的RPC板剪切等效单自由度系统,计算得到动态剪切力,通过下式确定剪切等效单自由度系统的非线性运动微分方程:其中,y(t)、 和 分别是剪切位移、剪切位移速度和剪切位移加速度,Ms是等效剪切质量,Rs是剪切响应的动态抗力函数,Cs为剪切阻尼系数,ks是剪切弹性刚度,ξs是剪切粘性率,V(t)是动态剪切力;

第二步:剪切抗力函数采用三线性抗力函数计算,其中弹性阶段的范围由弹性阶段剪切峰值应力τe得到,弹性阶段最大的剪切位移量y为0.1mm,通过下式计算求得τe:其中,τm为全阶段剪切峰值应力,fc′为混凝土单轴压缩强度,fc′、τe、τm单位均为MPa硬化阶段的范围是剪切位移量在0.1mm到0.3mm之间,抗力函数通过τm计算得到,其中τm通过下式计算求得:其中,fy是钢筋的屈服强度,单位为MPa,ρvt为构件截面的配筋;

塑性屈服阶段的剪切强度保持为常数;

第三步:在得到剪切变形的应力抗力函数后,进而得到实际的剪切抗力函数;

第四步:基于惯性叠加荷载法,获得非均布荷载的单向支撑结构动态剪切力V(t)通过下式计算:V(t)=aR(t)+bF(t)   (14)

其中,R(t)是弯曲响应等效单自由度系统的抗力时程函数,F(t)是弯曲响应的外荷载,结构表面的荷载分布系数n=p2/p1,其中,p1为构件中心压力,p2为构件边缘压力,a、b是与荷载分布系数n有关的参数;

第五步:通过差分法解式(11)得剪切响应下的RPC板支座处位移时程曲线,获取支座剪切响应下的位移峰值。

5.根据权利要求1所述的一种爆炸荷载作用下基于P-I曲线的RPC板损伤评估方法,其特征是:所述步骤四具体为:弯曲时,采用无量纲评估参数支座转角θmax作为损伤评估的准则,通过下式计算θmax:tanθmax=2Δ·max/B   (15)

其中,Δmax为构件的中心最大位移,B为构件的宽度;

第二步:剪切时,采用支座剪切位移量y作为损伤评估的准则,通过下式计算支座处的剪切位移量:y=γe   (16)

其中,y是剪切位移量,γ是平均剪切应变,e是构件的剪切变形区域半宽, h为构件截面厚度;

第三步:通过差分法解得剪切响应下的RPC板支座处位移时程曲线,获取支座剪切响应下的位移峰值。

6.根据权利要求3所述的一种爆炸荷载作用下基于P-I曲线的RPC板损伤评估方法,其特征是:所述等效质量系数KM和等效荷载系数KL为单位1。

7.根据权利要求1所述的一种爆炸荷载作用下基于P-I曲线的RPC板损伤评估方法,其特征是:剪切等效单自由度法的非线性运动方程求解时,计算精度选用自振周期与爆炸荷载作用时间两者中较小值的0.1%。