• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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起波钢筋高速动态拉伸力学性能研究

刘思嘉 陈力 曹铭津 周东雷 樊源 陈欣

刘思嘉, 陈力, 曹铭津, 周东雷, 樊源, 陈欣. 起波钢筋高速动态拉伸力学性能研究[J]. 爆炸与冲击, 2022, 42(5): 053101. doi: 10.11883/bzycj-2021-0328
引用本文: 刘思嘉, 陈力, 曹铭津, 周东雷, 樊源, 陈欣. 起波钢筋高速动态拉伸力学性能研究[J]. 爆炸与冲击, 2022, 42(5): 053101. doi: 10.11883/bzycj-2021-0328
LIU Sijia, CHEN Li, CAO Mingjin, ZHOU Donglei, FAN Yuan, CHEN Xin. Study on mechanical properties of the kinked rebar under high speed dynamic tension[J]. Explosion And Shock Waves, 2022, 42(5): 053101. doi: 10.11883/bzycj-2021-0328
Citation: LIU Sijia, CHEN Li, CAO Mingjin, ZHOU Donglei, FAN Yuan, CHEN Xin. Study on mechanical properties of the kinked rebar under high speed dynamic tension[J]. Explosion And Shock Waves, 2022, 42(5): 053101. doi: 10.11883/bzycj-2021-0328

起波钢筋高速动态拉伸力学性能研究

doi: 10.11883/bzycj-2021-0328
基金项目: 国家自然科学基金(51978166);中央高校基本科研业务费专项资金(2242021R10131)
详细信息
    作者简介:

    刘思嘉(1998- ),男,硕士研究生,17801121102@163.com

    通讯作者:

    陈 力(1982- ),男,博士,博士生导师,li.chen@seu.edu.cn

  • 中图分类号: O383.2

Study on mechanical properties of the kinked rebar under high speed dynamic tension

  • 摘要: 针对提高混凝土梁抗冲击爆炸性能的起波配筋新技术,采用理论分析与动态冲击拉伸试验相结合的方法,揭示了起波钢筋的快速拉伸变形作用机理,分析了拉伸速度、起波矢高等因素对起波钢筋抗拉强度的影响规律,确定了起波钢筋静态弹性极限强度计算方法。提出了起波钢筋等效拉伸应变率新概念,建立了弹性极限强度动力放大系数(dynamic increase factors,DIF)计算模型。研究结果表明,预先弯折起波使得钢筋在受力拉直过程中产生截面弯矩,起波钢筋的力学性能存在明显的应变率效应;起波钢筋弹性抗拉极限强度DIF随起波矢高的增高先增大后减小,存在一个最优起波设计矢高,可以使起波钢筋抗拉强度动态放大系数达到最大。研究成果可为进一步推动起波配筋技术在防护工程中的应用提供依据。
  • 图  1  传统钢筋与起波钢筋示意图

    Figure  1.  Kinked rebar compared with traditional rebar

    图  2  弯折位置受力示意图

    Figure  2.  Forces at the bending position

    图  3  起波钢筋四折线模型

    Figure  3.  Four-line model of kinked rebar

    图  4  起波形状变化示意图

    Figure  4.  Diagram of the shape change of kink

    图  5  起波钢筋试件

    Figure  5.  Specimens of the kinked rebars

    图  6  试验加载系统

    Figure  6.  Loading system

    图  7  加速等待装置

    Figure  7.  Accelerated holding device

    图  8  各组起波钢筋等效应力-等效伸长率曲线

    Figure  8.  Equivalent stress-equivalent elongation curves of each group

    图  9  起波钢筋弹性极限强度DIF-等效应变率曲线

    Figure  9.  DIF-equivalent strain rate curves of the kinked rebars

    图  10  起波钢筋发生塑性变形过程

    Figure  10.  The plastic deformation process

    图  11  第2个塑性铰出现后起波钢筋的受力分析

    Figure  11.  Force analysis of the steel bar after the second plastic hinge appears

    图  12  端部支持力出现后起波钢筋受力分析

    Figure  12.  Force analysis after the occurrence of end support force

    表  1  试验工况

    Table  1.   Test parameters

    试件起波矢高 h/mm起波间距 s/mm拉伸速度 v/(m·s−1)试件数量
    W1-2.540150 2.53
    W1-540150 5.03
    W1-104015010.03
    W1-154015015.03
    W2-2.550150 2.53
    W2-550150 5.03
    W2-105015010.03
    W2-155015015.03
    W3-2.560150 2.53
    W3-560150 5.03
    W3-106015010.03
    W3-156015015.03
     注:试件编号中W表示起波钢筋,字母后第1个数字表示不同起波矢高的钢筋组号,第2个数字表示拉伸速度值。
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    表  2  起波钢筋的静态弹性极限强度和抗拉极限

    Table  2.   Elastic ultimate strength and tensile capacity of the kinked rebar under static loading

    钢筋参数σ/MPaF/KN
    d=10 mm(直筋)400.0031.40
    h=40 mm127.6632.50
    h=50 mm 92.4923.54
    h=60 mm 71.9918.32
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    表  3  各组起波钢筋的弹性极限强度

    Table  3.   Elastic ultimate strengths of the kinked rebars

    拉伸速率
    v/(m·s−1)
    弹性极限强度σ/MPa
    h=40 mmh=50 mmh=60 mm
    2.5159.46105.78 93.50
    5.0193.99140.19111.03
    10.0201.13198.50137.56
    15.0255.40261.14175.61
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    表  4  三组DIF拟合公式中的$a $$b $

    Table  4.   Values of a and b of the three groups of the kinked rebars

    起波失高h/mmab
    400.850.029700
    5015500.000033
    606.0860.013100
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    表  5  起波钢筋静态弹性极限强度理论值与试验值对比

    Table  5.   Comparison between the theoretical and experimental values of the static elastic ultimate strength

    试件极限强度σ/MPa误差/
    %
    修正后强度
    σr/MPa
    修正后的
    误差/%
    试验[1]理论
    F10-3081.917119.260 31.395.4114.1
    F10-4567.48661.586 9.649.2737.0
    F10-6096.45746.027109.6
    S10-3034.12746.167 26.136.937.6
    S10-4535.90343.825 18.135.062.4
    S10-6017.85024.140 26.119.317.6
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-30
  • 修回日期:  2021-11-11
  • 网络出版日期:  2022-03-11
  • 刊出日期:  2022-05-27

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