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。(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。