碳纤维布加固砌体填充墙抗近距离小当量炸药爆炸实验研究

该文实验研究了无加固、单层碳纤维布加固和多层碳纤维布加固的单向砌体填充墙在近距离小当量炸药爆炸作用下的破坏形式和失效机理。研究表明,近距离小当量炸药爆炸条件下,墙体通常受到局部破坏和整体破坏作用。采用墙体背部粘贴锚固纤维布的加固措施,可以有效减小炸药爆炸对墙体的局部破坏和整体破坏作用。为了使墙体能够抵抗近距离小当量炸药的爆炸,在爆炸近区和爆炸远区需要根据墙体结构形式和纤维布的具体形式分别选用合适的纤维布铺层方式和层数。     

内爆作用下不同类型填充墙对RC框架结构的影响

为了研究内爆作用下不同类型填充墙对RC框架结构的影响,减轻RC框架结构在爆炸荷载作用下的破坏程度,采用ANSYS/LS-DYNA软件对已有的RC框架结构、碳纤维布加固砌块填充墙爆炸试验进行数值模拟。通过模拟结果和试验结果的对比分析,验证了采用的数值模拟方法及参数设置是合理和适用的。在此基础上,通过数值模拟研究2层L型RC框架结构在相同内爆条件下,分别设置普通混凝土砌块填充墙、碳纤维布加固砌块填充墙、加固泄爆组合填充墙时构件的损坏程度。研究结果表明:在相同内爆作用下,设置不同类型填充墙的RC框架结构的破坏程度和破坏形态有明显差异,填充墙体对内爆作用下RC框架结构的影响不容忽视;全面采用碳纤维布加固砌块填充墙虽可减少爆炸引起的墙体碎片飞溅,但会使内爆作用下的RC框架结构产生较为严重的破坏,顾此失彼;与其他两种填充墙相比,采用加固泄爆组合填充墙可以有效减轻内爆作用下RC框架结构的破坏程度,减少爆炸引起的墙体碎片飞溅。     

内爆作用下不同类型填充墙对RC框架结构的影响

为了研究内爆作用下不同类型填充墙对RC框架结构的影响,减轻RC框架结构在爆炸荷载作用下的破坏程度,采用ANSYS/LS-DYNA软件对已有的RC框架结构、碳纤维布加固砌块填充墙爆炸试验进行数值模拟。通过模拟结果和试验结果的对比分析,验证了采用的数值模拟方法及参数设置是合理和适用的。在此基础上,通过数值模拟研究2层L型RC框架结构在相同内爆条件下,分别设置普通混凝土砌块填充墙、碳纤维布加固砌块填充墙、加固泄爆组合填充墙时构件的损坏程度。研究结果表明:在相同内爆作用下,设置不同类型填充墙的RC框架结构的破坏程度和破坏形态有明显差异,填充墙体对内爆作用下RC框架结构的影响不容忽视;全面采用碳纤维布加固砌块填充墙虽可减少爆炸引起的墙体碎片飞溅,但会使内爆作用下的RC框架结构产生较为严重的破坏,顾此失彼;与其他两种填充墙相比,采用加固泄爆组合填充墙可以有效减轻内爆作用下RC框架结构的破坏程度,减少爆炸引起的墙体碎片飞溅。     

近区爆炸作用下砌体填充墙损伤破坏与动态响应的数值模拟

民用建筑中广泛使用的砌体填充墙在爆炸荷载作用下产生的碎块严重威胁着建筑物内部人员和设备的安全。尤其是近区爆炸作用下,墙体会产生更为严重的局部破坏,碎片飞散速度更快,但已有的相关研究工作仍旧较少。基于已有普通黏土烧结砖填充墙的近区爆炸试验,开展了近区爆炸作用下砌体填充墙损伤破坏和动态响应的数值模拟,对比验证了Load Blast法、任意拉格朗日欧拉(arbitrary Lagrange-Eulerian, ALE)法和冲量法模拟近区爆炸荷载作用、预测墙体损伤破坏和动态响应的适用性。通过冲量法进一步讨论了相同比例距离下的爆炸距离、砌块砂浆界面黏结强度以及砌块材料模型的影响。结果表明:近区爆炸中,相同比例距离下,墙体损伤通常随爆炸距离增加而加剧,由局部破坏向整体坍塌破坏模式发展;墙体的抗爆性能随砌块砂浆黏结强度增强而得到强化,主要受剪切失效应力控制;MAT_BRITTLE_DAMAGE和MAT_WINFRITH_CONCRETE模型较MAT_SOIL_AND_FOAM模型预测效果更好。     

爆炸荷载作用下砌体填充墙对RC框架结构损伤破坏的影响

砌体填充墙作为非结构构件在建筑结构抗爆分析中常被忽略,而实际爆炸事故中填充墙多发生严重破坏,从而影响爆炸波的传播及其与结构的相互作用以及结构的损伤破坏等级。基于精细化数值仿真方法评估外部爆炸作用下砌体填充墙对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构损伤破坏的影响。首先,采用LS-DYNA有限元分析软件分别对典型砌体填充墙和含填充墙RC框架的近区爆炸试验进行复现,验证所采用的填充墙简化微观建模方法、材料本构模型和参数,以及任意拉格朗日欧拉爆炸荷载施加方法和爆炸波-结构流固耦合算法的适用性。进一步结合结构混合单元建模方法,开展了美国联邦应急管理署规定的普通轿车炸弹(454 kg TNT当量)在底层边柱位置爆炸下,6度、7度和8度抗震设防烈度的典型6层纯框架和含填充墙框架结构动力行为的数值仿真分析,考察了爆炸波传播路径,以及结构的动态响应、损伤破坏和抗倒塌机制。结果表明：该工况中填充墙能够有效阻挡爆炸波的传播,作用于目标柱相邻内柱上的超压峰值降低95%,减轻了内部构件的损伤程度;但同时加剧了结构迎爆面的损伤破坏,如3种抗震设防烈度的含填充墙框架目标柱柱中侧向位移较纯...     

纤维布加固砖砌体墙平面内受力性能有限元模型

考虑一顺一丁的砌筑形式,针对纤维布加固前后砖砌体墙的特点,利用ABAQUS提供的零厚度粘结单元,建立纤维布加固砖砌体墙有限元分离模型,通过前期拟静力试验数据和相关规范公式计算结果,验证所建模型在单调荷载和往复荷载作用下的适用性。结果表明,有限元模型能有效模拟纤维布加固砖砌体墙的抗震性能,分析纤维布的加固效果,计算纤维布加固前后砖砌体墙在单调荷载作用下的受剪承载力。     

爆炸荷载作用下粘贴Polymer Sheet膜材砌体墙防护性能研究

以混凝土砌体墙爆炸试验为基础,借助LS-DYNA软件,分析混凝土砌体墙在爆炸荷载作用下的破坏机理及Polymer Sheet膜材加固后的防护性能。研究结果表明：爆炸荷载作用下,墙体背爆面跨中位置、迎爆面上下端部为危险截面,最易破坏;爆炸荷载的峰值压力不超过0.385MPa时,砌块之间脱离和飞溅较少,可不进行防护;当峰值压力大于0.385MPa时,随峰值压力增大,破坏部位脱离的砌块数量增多,飞溅速度加快,对建筑物内部人员及设施威胁增大,必须进行防护加固;峰值压力不超过0.95MPa时,膜材能够很大程度上发挥防护作用,阻挡散落砌块的抛射;当峰值压力大于0.95MPa时,膜材自身在锚固处断裂,墙体与断裂的防护膜以整体形式向建筑内部抛射,建议此时采用索膜防护体系,以提高防护效果;最后给出了Polymer Sheet膜材加固的砌体墙安全防护距离,以供设计参考。     

近距离爆炸下ECC涂层加固砌体填充墙抗爆性能研究EI北大核心CSCD

工程水泥基复合材料(engineered cementitious composite, ECC)是一种韧性强、抗拉能力突出、吸能效果显著的新型水泥基复合材料,具有良好的动态力学性能和冲击承载能力,在爆炸冲击防护领域具有较高的开发价值。为探究ECC抗爆加固性能,开展了6组砌体填充墙近距离爆炸试验,得到了多种工况下墙体损伤形态。结果表明,ECC涂层大幅提升了墙体的爆炸防护能力,有效抑制了墙体形变及损伤,避免了震塌碎块的产生及飞溅,具有良好的抗爆加固性能。通过对比墙体在不同涂覆方式、炸药量和涂层厚度条件下的损伤差异,分析了ECC涂层加固机理,并发现背爆面单面加固比双面加固更具效益比。在自定义ECC模型基础上,建立了分离式砌体墙有限元模型,并验证了材料模型和计算方法的可行性。通过模拟爆炸试验发现,在达到某一阈值前,增大涂层厚度及黏结强度,对提升ECC涂层抗爆加固效果作用明显。     

组合材料加固砖砌体的有限元模拟方法

基于ABAQUS有限元软件,提出了组合材料加固砌体数值建模方法。该方法是在未加固砌体整体式模型的基础上,结合分离式思想建立组合材料加固砌体模型。通过对8片采用粘钢-聚合物砂浆组合材料加固的砖砌体墙体（其中,4片采用粘贴正交钢片,4片采用粘贴斜撑钢片）的拟静力试验结果进行了数值模拟对比分析,结果显示:模拟所得墙体滞回、骨架及刚度退化曲线与试验曲线基本吻合;仿真破坏形态与试验现象一致;计算所得荷载、位移、延性和耗能等全部指标中有81%的误差在20%以内。     

接触爆炸下黏土砖砌体墙的抗爆性能

为了研究接触爆炸下黏土砖砌体墙的抗爆性能，采用LS-DYNA有限元软件，以传统单面黏土砖砌体墙为例，建立了黏土砖砌体墙三维分离式细观模型，分析了不同强度接触爆炸载荷下墙体的毁伤和破坏特征。使用两种不同质量的TNT炸药对普通黏土砖墙体在单方向支撑条件下进行了对应的接触爆炸试验验证，并研究其工作机理及响应特性。分析结果表明，随着爆炸载荷的逐渐增加，接触爆炸对墙体的破坏形式主要由中央爆坑以及水平、竖直方向的十字形裂纹的形成，转化为灰缝的层裂、崩落、贯穿以及墙体的错位和倒塌。     

ECC面层加固受损砖砌体墙抗震性能试验研究

高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)具有高强度、高延性和受拉应变硬化等特性,在加固工程中具有广泛的应用前景。该文对4片采用ECC面层加固的受损砖墙进行了低周反复荷载试验,并与相关文献中4个试件进行比较,研究了ECC面层加固砖砌体墙的破坏机理、破坏形态、滞回特性和变形能力。结果表明:1) 采用ECC面层加固受损砖砌体墙,可显著提高砖墙的变形能力,改善加固后墙体的抗震性能;2) ECC面层对内部砖墙形成良好的约束作用,可显著改善砖墙的脆性破坏模式,是一种有效的砌体结构加固方法;3) 改善ECC面层与构造柱之间的粘结性能,保证ECC面层有效传递剪力,对提高加固后墙体的整体性能具有重要作用。该文的研究结果为砌体结构抗震加固提出了一种新方法,具有良好的推广和应用前景。     

近爆作用下钢筋混凝土π梁防护性能的数值模拟

为研究钢筋混凝土π截面梁在近场爆炸荷载作用下的防护方法,采用ANSYS/LS-DYNA建立π梁爆炸数值模型,结合现场爆炸试验结果,对π梁在爆炸荷载作用下的破坏形态进行对比分析,验证数值模型的准确性.通过π梁在近爆荷载下采用不同防护层进行模拟分析,对π梁在不同防护工况下冲击波超压峰值分布规律、结构耗能规律、防护后π梁的破...     

型钢再生混凝土框架-再生砌块填充墙结构恢复力模型试验研究

对7榀1/2.5比例单层单跨型钢再生混凝土框架-再生砌块填充墙模型进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验研究,分析了墙体设置形式、填充墙砌块强度、拉筋构造形式、轴压比以及墙体宽高比等设计参数对该种结构抗震性能的影响。研究了模型的典型破坏形态、荷载-位移曲线、承载能力以及位移延性等。结果表明:试验模型的典型破坏形态均符合“强柱弱梁”的破坏模式,框架部分的破坏程度随墙体全高填砌而减轻;在框架中加设墙体后可明显提高结构承载力和初始刚度,墙体填充率越大、填充墙砌块强度越高、拉筋间距越小、轴压比越高、墙体宽高比越大,结构承载力与初始刚度提高越明显;结构的位移延性均值达到6.26,高于钢筋再生混凝土框架-填充墙、普通钢筋混凝土框架-填充墙以及钢筋混凝土异形柱框架-填充墙等结构,抗倒塌能力较强。在试验研究的基础上,通过有限元与试验结合的方法,建立了相应的四折线恢复力模型,可用于型钢再生混凝土框架结构的弹塑性地震反应分析。     

玄武岩纤维加固震损砌体结构振动台试验研究

地震震害调查表明,砌体结构因抗震性能较差,在地震中更易遭受破坏。玄武岩纤维（BFRP）具有良好的物理、力学性能,且价格低廉,但其在震后受损结构加固中却未得到广泛使用。通过对一栋缩尺比为1:4的三层砌体结构模型预震损及其震损后玄武岩纤维加固的两次振动台试验,对比分析了两次模型试验的动力特性、地震反应和损伤破坏情况,旨在验证玄武岩纤维加固震损砌体的有效性。试验结果表明,玄武岩纤维加固法可以改善砌体的脆性,延缓墙体裂缝的发展,提高结构的整体性和整体刚度,改善结构的耗能能力,使震损加固砌体结构达到甚至超过未震损结构的抗震性能,且不改变原结构质量,是一种非常有效的震损砌体结构加固方法。     

爆炸作用下高强钢绞线网片-聚合物砂浆加固钢筋混凝土板的数值模拟

为了探究高强钢绞线-聚合物砂浆加固技术对钢筋混凝土板的抗爆性能的影响,应用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对其进行了在爆炸荷载作用下的数值模拟。在验证有限元模型合理性的基础上,对比分析了爆炸荷载作用下砂浆层厚度、砂浆强度和钢绞线直径等不同加固参数对钢筋混凝土板的破坏形态与板底位移的影响。结果表明:采用高强钢绞线-聚合物砂浆加固后钢筋混凝土板的抗爆性能显著提高;在砂浆加固层厚度、砂浆强度、钢绞线直径3种加固影响参数中,砂浆加固层厚度对钢筋混凝土板的加固效果影响显著,而砂浆强度和钢绞线直径对板的加固效果不明显。如果运用该技术提高钢筋混凝土板的抗爆性能,优先考虑增大加固层厚度。     

无构造柱退层自建民居抗震加固试验研究

针对无构造柱退层砖砌体自建民居的破坏形式,设计了综合加固方案,即第一层退层处采用预应力钢筋、顶层粘贴碳纤维布进行加固。通过对加固后民居1/4模型的模拟振动台试验表明：（1）民居加固后能够承受加速度峰值为0.5g的地震作用,抗震性能较加固前有明显提升;（2）民居加固后的破坏形式为墙体开裂破坏、窗间墙破坏、墙角局部破坏等;第二层纵墙退层处开裂破坏严重,为整个结构的薄弱部位。此外,砌体结构的有限元模拟可采用整体连续模型。计算中砌体采用相同抗压强度的混凝土进行等效,通过调整混凝土的塑性应力-应变关系和损伤因子来实现材料的非线性,从而实现模型的非线性分析;加固采用的预应力可用分布压力简化加载,碳纤维布作用可采用壳单元模拟。通过与试验结果的对比,说明这种模拟方法是可行的。本文的研究成果,可用于我国村镇同类结构形式民居的加固与改造。     

钢筋混凝土隔离墙抗爆性能数值模拟研究

为了研究钢筋混凝土隔离墙在爆炸荷载作用下的动态响应和抗爆性能,采用LS-DYNA有限元软件建立9 m跨度隔离墙结构简化模型,模拟了不同药量和爆炸距离下隔离墙的动态响应。将模拟结果与经验超压公式计算结果和已有试验结果对比,验证了爆炸荷载和材料参数选取的合理性,分析了结构的破坏过程、冲击波作用规律、墙面荷载分布规律和结构变形情况。结果表明:建立的数值模拟可以较好地模拟爆炸冲击波与结构的相互作用;墙面冲击波压力衰减速率与药量和爆炸距离密切相关,墙面压力衰减幅度可达97.8%。在相同药量时,随着爆炸距离增加,墙体底部压力减小,顶部冲量增加;墙体结构由小变形转变为结构整体的较大变形;比例距离小于0.376■时,墙体底部容易发生剪切破坏。模拟结果可以为抗爆隔离墙的设计提供依据。     

基于压电损伤监测的CFRP加固混凝土板抗爆性能实验研究

针对普通钢筋混凝土板和碳纤维布加固混凝土板(CFRP)进行爆破试验,比较了不同TNT炸药当量下CFRP加固板的破坏机理和动态响应.实验采用嵌入式压电智能骨料监测混凝土板的内部损伤状况,利用小波包能量分析理论计算损伤指数,并通过加速度和应变片监测混凝土板在爆炸荷载作用下的动态响应.实验结果表明:在药量较小(10 g、20 g、40 g)时,经过CFRP加固的混凝土板在相同爆破荷载作用下损伤指数相比于普通板分别降低了29.05％、27.44％、15.85％,表明粘贴于结构背部的CFRP材料分摊了拉伸波所携带的部分能量,延缓了混凝土的开裂,提高了混凝土的抗爆性能;但当药量较大(80g、160 g)时,CFRP加固板损伤指数相比于普通板降低了仅为8.69％、0.35％,CFRP材料对提高混凝土板抗爆性能不明显.     

一种新型分缝耗能砌体填充墙的抗震性能试验与有限元分析

震害显示填充墙的破坏不仅会造成严重的经济损失,还会影响建筑的使用功能,阻碍震后的救援工作,因此,增强填充墙的抗震性能对提升建筑结构整体的抗震韧性有重要意义。提出了一种分缝耗能的低损伤砌体填充墙,通过在墙内合理设置竖缝和连接件,来减轻墙体在地震作用下的损伤;开展了足尺分缝耗能填充墙的低周往复加载试验,对其损伤演化机理和滞回特性进行了研究;并建立了分缝耗能填充墙的精细有限元模型,对其滞回性能进行模拟。研究结果表明:该文提出的分缝耗能砌体填充墙有效可行,相比于普通砌体填充墙,变形能力提升了约1.6倍,在相同位移下的损伤程度明显减轻,层间位移角1/200时,分缝耗能填充墙仍处于轻微损伤状态,层间位移角达到1/100时,分缝耗能填充墙处于中等损伤状态。     

砌体填充墙对框架结构的抗震影响

框架结构中有砌体填充墙，填充墙将整个框架划分为不同的开间和不同的功能区，填充墙数量的多少取决于建筑物的功能和使用要求。在框架结构计算中，一般不考虑砌体填充墙的抗侧力作用，建模型时只建纯框架不建入填充墙，将墙体重量当做外荷载加到计算模型上，在抗震计算时，根据砌体填充墙的数量，对框架的自振周期进行折减，使框架获得较大的地震剪力，这是目前普遍采用的框架计算方法，基本上仍是纯框架计算法。