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。     

聚丙烯纤维混凝土接触爆炸破坏效应的试验和数值分析

为研究聚丙烯纤维混凝土在接触爆炸条件下的破坏形态,进行有限厚度钢筋混凝土板和聚丙烯纤维混凝土板的接触爆炸试验.采用LS-DYNA中LOAD-BLAST方法,对聚丙烯纤维混凝土的动态破坏过程进行数值模拟,分析和对比聚丙烯纤维混凝土和钢筋混凝土接触爆炸条件下破坏效应的异同,确定出聚丙烯纤维混凝土的抗爆性能系数.研究表明,LOAD-BLAST方法简单高效,数值模拟和现场试验非常吻合,聚丙烯纤维混凝土抗接触爆炸性能良好.     

钢板夹泡沫铝组合板抗接触爆炸性能研究

鉴于泡沫铝材料优异的吸能特性和三明治型组合构件在强度、刚度上的优势,针对分层结构为钢板-泡沫铝芯层-钢板的100 mm厚抗爆组合板进行了装药量为1.0 kg TNT的接触爆炸试验,考察了组合板在接触爆炸条件下的变形及破坏情况,并对组合板的变形破坏过程进行了理论分析和数值模拟。研究表明,组合板承受接触爆炸荷载时,主要通过局部压缩变形和整体弯曲变形吸收耗散能量,上下面板与芯层间易发生剥离现象。钢板相同时适当增大泡沫铝芯层厚度,泡沫铝芯层相同时增加钢板厚度,均可减小组合板承受接触爆炸冲击荷载时产生的变形破坏,提高其抗爆性能。     

近爆作用下钢筋混凝土板动态破坏的数值模拟研究

当爆炸在结构构件表面发生时,产生的冲击波将会对结构构件造成损伤和破坏,而准确预测潜在的爆炸对结构构件造成的损伤是进行重要建筑物和防护结构抗爆设计的基础。为研究近爆作用下钢筋混凝土板的抗爆性能,采用AUTODYN软件建立了混凝土和钢筋的三维分离式实体模型,数值模型考虑了应变率对钢筋和混凝土材料动力本构特性的影响以及炸药-空气-结构之间的流固耦合相互作用,分析了不同炸药量作用下钢筋混凝土板的损伤机理和破坏特征,合理展现了钢筋混凝土板从混凝土开裂、碎片形成、部分钢筋屈服断裂到板局部震塌的动态演变过程。随着炸药量的增大,钢筋混凝土板的破坏模式逐渐由整体弯曲破坏转变为局部的冲切破坏     

钢板夹钢管组合板抗接触爆炸性能研究

鉴于钢管良好的变形能力、吸能特性和夹层结构在强度、刚度上的优势,提出了分层结构为钢板-钢管芯层-钢板的三明治型抗爆组合板。对芯层钢管数量为5根、4根、3根的组合板进行了TNT装药量为1kg的接触爆炸试验,考察了各板在承受接触爆炸冲击荷载时的变形及破坏情况,并对变形破坏过程进行了理论分析和数值模拟。研究表明,钢板夹钢管组合板承受接触爆炸冲击荷载时,主要发生局部压缩变形。钢管变形是组合板耗散能量的主要途径。增加钢管数量,增大钢板厚度,增大钢管管壁厚度,均可减小组合板在接触爆炸条件下的变形破坏,提高抗接触爆炸性能。     

爆炸荷载作用下钢筋砼板结构的破坏特性

钢筋混凝土板结构是军事工程和核电工程中常用的构建物,但爆炸能够对其造成严重的破坏。首先分别建立方形混凝土板、钢筋、空气和TNT三维实体模型,采用Lagrange-euler耦合算法仿真计算近场爆炸作用下方形钢筋混凝土板的抗爆性能,并通过与实验结果的对比验证了耦合模型的可靠性。在此基础上,使用该仿真模型对接触爆炸作用下方形钢筋混凝土板的毁伤特性进行了研究。结果表明:接触爆炸作用下钢筋混凝土板的破坏区域主要集中在板中心处,迎爆面压碎成坑、板中心冲切成孔和下表面的震塌剥落是其主要破坏模式。     

爆炸荷载作用下钢筋砼板结构的破坏特性

钢筋混凝土板结构是军事工程和核电工程中常用的构建物,但爆炸能够对其造成严重的破坏。首先分别建立方形混凝土板、钢筋、空气和TNT三维实体模型,采用Lagrange-euler耦合算法仿真计算近场爆炸作用下方形钢筋混凝土板的抗爆性能,并通过与实验结果的对比验证了耦合模型的可靠性。在此基础上,使用该仿真模型对接触爆炸作用下方形钢筋混凝土板的毁伤特性进行了研究。结果表明:接触爆炸作用下钢筋混凝土板的破坏区域主要集中在板中心处,迎爆面压碎成坑、板中心冲切成孔和下表面的震塌剥落是其主要破坏模式。     

化爆作用下FRP加固RC板的试验研究及动力响应分析

我国20世纪60年代、70年代修建的大量防护工程抗力等级较低,急需进行加固补强。进行了化爆作用下,外贴FRP条带加固钢筋混凝土(RC)双向板抗爆性能的试验研究。按介质-结构相互作用理论确定结构的爆炸冲击荷载,建立了加固板的三折线弯曲抗力模型,利用虚功原理建立了加固RC板的运动微分方程,按数值方法求解了外贴FRP加固双向板在化爆冲击波作用下的动力响应时程,分析结果与试验结果吻合较好。研究结果表明:外贴FRP条带加固可以有效延缓混凝土的开裂、限制裂缝的开展,提高RC双向板的刚度,减小结构位移,减轻结构破坏程度,外贴FRP加固RC双向板的抗爆炸冲击波能力得到了明显提高,外贴FRP条带在极限状态时发生了剥离破坏和断裂破坏。     

钢板混凝土复合梁在爆炸荷载作用下的损伤评估研究

为满足钢板混凝土复合梁爆炸损伤评估的实际需要,完成了钢板混凝土复合梁与钢筋混凝土梁承载性能的比较试验,研究了两种梁的承载性能与破坏特点,获得了二者的抗力试验曲线、抗弯变形限值及抗力函数。基于钢板混凝土复合梁的等效单自由度运动方程,采用数值求解方法,得出了评估其在爆炸荷载作用下破坏状态的超压-冲量（P-I）等损伤曲线。研究结果表明：钢板混凝土复合梁的承载力、变形限值、临界超压以及临界冲量比钢筋混凝土梁的都要高,前者的抗爆性能更好。     

高强钢丝绳网片-聚合物砂浆加固RC板抗爆性能试验研究

为了研究高强钢丝绳网片-聚合物砂浆对钢筋混凝土(RC)板的抗爆加固效果,对5块加固RC板和1块未加固RC板进行了野外现场爆炸试验,研究了砂浆强度、钢丝绳间距、钢丝绳预应力和界面增设销钉等因素对试件的破坏形态、裂缝分布及发展、跨中位移、钢筋应变等影响规律,并对爆炸试验后的试件进行了剩余承载力试验和爆炸损伤评估。研究表明:高强钢丝绳网片-聚合物砂浆加固能显著提高RC板的抗爆性能,相比于未加固板,加固板的裂缝宽度,板底跨中的峰值位移、残余位移和钢筋应变均大幅减小;加固后,构件剩余承载力大幅增加,其损伤程度大为降低。     

聚脲涂层防护下钢筋混凝土柱的抗爆性能研究

为研究聚脲涂层防护下钢筋混凝土柱的抗爆裂性能,采用LS-DYNA有限元程序,基于CONWEP加载方法建立了聚脲加固钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下的响应模型。对比了模拟结果和近场爆炸下的试验结果,验证了数值模型的合理性,研究了比例距离和聚脲厚度对钢筋混凝土柱的抗爆性能影响。结果表明：柱的跨中最大位移与比例距离成线性递减关系;聚脲弹性体能够改善钢筋混凝土柱的抗爆性能,柱的跨中最大位移随着聚脲厚度的增加呈现先减小后增大的“V”字型趋势,采用聚脲弹性体提升钢筋混凝土柱的抗爆性时具有一个最优厚度。     

钢板夹泡沫铝组合板抗爆性能数值模拟

鉴于泡沫铝材料良好的吸能特性和三明治型组合构件在强度、刚度上的优势,通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对钢板-泡沫铝-钢板三明治型组合板进行了装药量为10.0kgTNT的非接触爆炸数值模拟,考察组合板在爆炸荷载作用下的动力响应。研究表明:钢板夹泡沫铝组合板承受爆炸冲击波荷载时,响应方式主要为组合板整体弯曲变形和泡沫铝芯层局部压缩变形,芯层压缩变形是组合板吸收耗散能量的主要途径;适当地增加泡沫铝芯层厚度和面板厚度能够提高组合板的抗爆性能,同时使组合板充分发挥耗能作用。     

钢板夹泡沫铝组合板抗爆性能数值模拟

鉴于泡沫铝材料良好的吸能特性和三明治型组合构件在强度、刚度上的优势,通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对钢板-泡沫铝-钢板三明治型组合板进行了装药量为10.0kgTNT的非接触爆炸数值模拟,考察组合板在爆炸荷载作用下的动力响应。研究表明:钢板夹泡沫铝组合板承受爆炸冲击波荷载时,响应方式主要为组合板整体弯曲变形和泡沫铝芯层局部压缩变形,芯层压缩变形是组合板吸收耗散能量的主要途径;适当地增加泡沫铝芯层厚度和面板厚度能够提高组合板的抗爆性能,同时使组合板充分发挥耗能作用。     

GFRP-钢筋混合配筋混凝土板的抗爆性能

混合配筋混凝土结构将钢筋和纤维复合材料(FRP)筋混合配置于混凝土，可较好地解决钢筋混凝土(SRC)结构的耐久性问题和FRP筋混凝土结构脆性破坏的问题，已广泛应用于土木工程中。为了研究混合配筋混凝土板的抗爆性能，开展了不同比例距离下混合配筋混凝土板和钢筋混凝土板的非接触爆炸试验，对比分析两种板抗爆性能差异和确定混合配筋混凝土板的破坏模式。结果表明：比例距离为0.684 m/kg^1/3时，混合配筋混凝土板位移峰值比钢筋混凝土板位移峰值大19.2%，但残余变形比钢筋混凝土板残余变形小27.3%。引入爆炸恢复指数评估混凝土板爆炸恢复能力，混合配筋混凝土板爆炸恢复指数大于钢筋混凝土板，混合配筋混凝土板有着出色的爆炸后恢复能力。混合配筋混凝土板背爆面破坏出现多条竖向裂缝和板对角线处斜裂缝，而钢筋混凝土板仅出现一条较宽的竖向主裂缝，多条斜裂缝向外辐射。混合配筋混凝土板随着比例距离的减小，破坏模式从整体弯曲破坏发展为整体弯曲破坏和局部混凝土破坏并存。结合试验数据提出混合配筋混凝土板最大支座转角θ的预测公式。为混合配筋混凝土板抗爆设计提供参考。     

钢板夹薄壁钢管组合板抗接触爆炸数值模拟

为了提升钢板夹薄壁钢管组合板抗爆性能,有效减轻接触爆炸对防护结构的破坏,对钢板夹薄壁圆钢管组合板和钢板夹薄壁方钢管组合板,采用ANSYS/LS-DYNA软件进行接触爆炸数值模拟。取1kgTNT炸药,选择t=400μs时,分析该2种钢管组合板在接触爆炸作用下的抗爆吸能效果。结果表明:钢板夹薄壁方钢管组合板整体弯曲强于圆钢管组合板,但局部变形能力弱于圆钢管组合板;方钢管组合板变形输出的内能值小于圆钢管组合板,且不受钢管壁厚和数量变化影响,防护效果弱于圆钢管组合板;随着方钢管截面尺寸的减小,整体跨中挠度增加,破口直径增大,吸能减小,输出内能值增大,且不受壁厚和数量变化的影响,抗爆性能增强。同时,通过3组钢板夹薄壁钢管组合板参数对比分析后得知,在钢管数量为3,钢管壁厚2mm时,抗爆能力相对于其他工况下增大的较多,此结果可为工程实践提供参考。     

钢板夹薄壁钢管组合板抗接触爆炸数值模拟

为了提升钢板夹薄壁钢管组合板抗爆性能,有效减轻接触爆炸对防护结构的破坏,对钢板夹薄壁圆钢管组合板和钢板夹薄壁方钢管组合板,采用ANSYS/LS-DYNA软件进行接触爆炸数值模拟。取1kgTNT炸药,选择t=400μs时,分析该2种钢管组合板在接触爆炸作用下的抗爆吸能效果。结果表明:钢板夹薄壁方钢管组合板整体弯曲强于圆钢管组合板,但局部变形能力弱于圆钢管组合板;方钢管组合板变形输出的内能值小于圆钢管组合板,且不受钢管壁厚和数量变化影响,防护效果弱于圆钢管组合板;随着方钢管截面尺寸的减小,整体跨中挠度增加,破口直径增大,吸能减小,输出内能值增大,且不受壁厚和数量变化的影响,抗爆性能增强。同时,通过3组钢板夹薄壁钢管组合板参数对比分析后得知,在钢管数量为3,钢管壁厚2mm时,抗爆能力相对于其他工况下增大的较多,此结果可为工程实践提供参考。     

水下接触爆炸下钢筋混凝土板毁伤模式探究

为了探究水下接触爆炸下钢筋混凝土板的毁伤破坏模式以及内部配筋的形变特性,利用AUTODYN软件建立了钢筋混凝土板水下接触爆炸全耦合精细模型,并通过水下接触爆炸现场试验,分析了水下接触爆炸荷载冲击下钢筋混凝土板的动态破坏全过程,探究了混凝土板内压力时程变化过程。结果表明：所建仿真耦合模型能够较好地描述水下接触爆炸下的爆炸冲击波传播以及钢筋混凝土板毁伤破坏过程;水下接触爆炸荷载作用下,钢筋混凝土板出现严重的冲切损伤,爆心区域板完全破碎、脱落,混凝土板整体变形较大,且内部配筋出现了较大的形变。     

钢板夹泡沫铝组合板抗爆性能研究

鉴于泡沫铝材料优异的吸能特性和夹层结构在强度、刚度上的优势,提出了分层结构为钢板-泡沫铝芯层-钢板的抗爆组合板。对厚度为10 cm、7 cm和5 cm的组合板进行了5组不同装药量的爆炸试验,考察了各板在不同装药量爆炸条件下的变形及破坏情况,并对变形破坏过程进行了理论分析。研究表明:组合板承受爆炸冲击荷载时,通过局部压缩变形和整体弯曲变形吸收能量。钢板相同时,适当增大泡沫铝芯层厚度,增强面板与芯层间连接,可提高该组合板的抗爆性能,防止组合板发生剥离,减小其承受爆炸冲击荷载时产生的变形。     

方形中空夹层钢管超高性能钢纤维混凝土柱抗爆性能数值模拟与实验验证

建立了爆炸荷载作用下方形中空夹层钢管超高性能钢纤维混凝土(Ultra-High Performance Steel Fiber Reinforced Concrete Filled Double Skin Steel Tube,UHPSFRCFDST)柱动态响应及其损伤破坏三维有限元数值模型。首先通过模拟结果与爆炸破坏试验结果的对比分析,验证了数值模型和计算方法的有效性。进而运用参数化分析方法,研究了空心率、含钢率、内、外层钢管厚度及其强度等关键参数对UHPSFRCFDST柱抗爆性能的影响。研究结果表明,UHPSFRCFDST柱具有优越的抗爆性能,所建立的三维有限元模型能够有效地分析UHPSFRCFDST柱在爆炸荷载作用下的动态响应及其损伤破坏;在一定范围内减小空心率及提高外层钢管强度可有效提升UHPSFRCFDST柱抗爆性能;提高含钢率、减小内、外层钢管高厚比均能够显著提升UHPSFRCDST柱抗爆性能;内层钢管强度对UHPSFRCFDST柱的抗爆性能影响并不明显。     

新型高强钢板在结构抗接触爆炸中的应用

为研究NFB700E1高强钢板对钢筋混凝土结构抗震塌性能的提升效果,开展了五组组合结构抗接触爆炸试验(以Q345普通钢板为对照组),并基于试验结果,建立了较为真实的数值仿真模型,通过多组数值仿真算例,计算出钢筋混凝土-防震塌钢板组合结构的相当不震塌系数,量化了防震塌钢板对钢筋混凝土抗震塌能力的提升幅度。结果表明：抗爆试验中,随着钢筋混凝土靶板厚度减少,其爆坑等效直径、爆坑深度和防震塌钢板的最大变形量均呈增大趋势;通过对比爆坑深度和钢板最大变形量等参数,不断迭代优化,得到了吻合程度较高的有限元数值仿真模型;计算得到钢筋混凝土-防震塌钢板组合结构和钢筋混凝土的相当不震塌系数,其中NFB700E1高强钢板8 mm厚时相当不震塌系数约为0.141,6 mm厚时约为0.159,相较于钢筋混凝土(0.475),相当不震塌系数分别提高了70.3%和66.5%;相较于Q345普通钢板(0.230),相当不震塌系数分别提高了38.7%和30.9%。本工作建立的数值仿真模型可拓展延伸到更多工况,为其他防护工程抗震塌研究提供借鉴。