高强钢筋加强混凝土板抗爆性能试验研究

对4组8块钢筋混凝土板进行抗爆性能试验,研究钢筋类型、配筋率、爆炸荷载峰值等因素对破坏形态、跨中位移、加速度及钢筋应变影响。结果表明,用导爆索代替炸药可获得典型的爆炸冲击波荷载,并能施加预定的均布荷载作用。与普通钢筋混凝土板相比,高强钢筋混凝土板裂缝宽度减小、分布均匀,具有良好的抗爆性能。提高配筋率可明显减小高强钢筋混凝土板位移,配筋率为0.78%时较0.62%时位移减小64.02%;配筋率大于0.62%时加速度时程曲线较一致,高强钢筋混凝土板整体刚度较好;随配筋率增大,钢筋应变峰值、残余应变均明显减小。爆炸荷载峰值对高强钢筋混凝土板的动态响应有显著影响,当荷载峰值由0.0318 MPa增大到0.0945 MPa时,位移峰值、残余位移分别增大3.63倍、4.80倍,加速度峰值增大近3倍。     

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。     

爆炸荷载作用下FRP管-混凝土-钢管组合柱动态响应的数值模拟研究

针对FRP(纤维增强复合材料)管-混凝土-钢管组合柱的抗爆性能,采用非线性有限元软件ANSYS/LSDYNA进行数值模拟研究。分析了组合柱在爆炸荷载作用下的破坏形态、不同比例距离以及不同厚径比情况下的动态响应。结果表明:在爆炸荷载作用下,组合柱损伤程度明显降低;随着比例距离逐渐增大,FRP材料组合柱的中部水平位移峰值显著降低;随着厚径比增大,组合柱刚度逐渐增强,组合柱中部水平位移峰值也显著降低。因此,该类组合柱具有优越的抗爆性能。可为该类型组合柱的抗爆设计以及进一步研究提供参考。     

配筋对超高性能混凝土抗爆性能的影响

爆炸荷载作用下，超高性能混凝土(UHPC)防护结构的内部配筋形式对抗爆性能具有显著影响。该文利用数值方法研究不同配筋形式对超高性能钢筋混凝土抗爆性能的影响。使用试验结果验证数值建模方法和材料参数的可靠性，建立32个不同钢筋直径和间距的炸药-空气-UHPC-钢筋数值模型，通过分析结构的局部破坏和背爆面位移，给出近爆作用下不同配筋形式的超高性能钢筋混凝土结构抗爆特性。研究表明：不同配筋率下，钢筋-UHPC结构的动态损伤规律具有相似性；配筋率相同时，钢筋直径是影响结构抗爆性能的主要因素。局部加载时，采用细钢筋的UHPC结构抗爆性能优于粗钢筋，其中均匀布筋效果最优。而整体加载时，不同配筋方式的UHPC结构损伤差异较小。     

火灾后钢管RPC柱抗爆性能试验研究

为研究钢管活性粉末混凝土(钢管RPC)柱火灾后的抗爆性能。通过4根大比例钢管RPC柱试件的野外抗爆试验,得到了冲击波反射压力和钢管RPC柱的位移、应变时程曲线,分析了不同受火时间和比例距离对火灾后钢管RPC柱抗爆性能的影响。结果表明:钢管RPC柱具有良好的抗爆性能,受火后的钢管RPC柱在爆炸荷载作用下钢管仍能有效约束RPC,但随着受火时间的增加钢管RPC柱的抗爆能力减弱。未受火的钢管RPC柱在比例距离为0.58 m/kg~(1/3)的爆炸荷载作用下基本处于弹性状态;受火60 min的钢管RPC柱仍具有较好的变形性能和抗剪能力,但当比例距离由0.58 m/kg~(1/3)减小到0.48 m/kg~(1/3)时,试件出现由弯曲破坏过渡到弯剪破坏的趋势;受火105 min的钢管RPC柱变形性能显著下降,在比例距离为0.58 m/kg~(1/3)的爆炸荷载作用下跨中处出现明显的塑性铰,跨中最大位移和残余位移分别比受火60 min的工况增加0.4倍和1.6倍,说明受火时间对火灾后钢管RPC柱的抗爆性能有较大影响。     

爆炸荷载下钢管混凝土墩柱的动力响应研究

设计并制作了3根普通钢管混凝土墩柱和1根复式中空钢管混凝土墩柱,进行了TNT药量分别为3 kg和50 kg的3发4工况静爆试验,获得构件的迎爆面及背爆面的柱面超压分布、残余变形以及最终破坏形态,结合有限元分析,研究了爆炸荷载下钢管混凝土墩柱的动态响应、破坏模态及参数影响。研究表明:50 kg TNT作用下、比例距离为0.14 m/kg1/3时,外径同为273 mm、壁厚为7 mm的普通钢管混凝土墩柱抵抗爆炸荷载的变形能力优于中空钢管内径为50 mm、壁厚为4 mm的复式钢管混凝土墩柱;基于试验结果建立了多物质流固耦合的数值模拟方法,可有效模拟钢管混凝土墩柱在爆炸荷载下的动态响应;钢管混凝土墩柱三种典型破坏形态分别是:低超压峰值-高持时发生弯曲破坏、高超压峰值-低持时发生剪切破坏及介于两种情况之间的弯剪破坏;炸药当量为50 kg,比例距离z>0.3 m/kg1/3时,爆炸荷载下试件柱的残余变形可忽略不计;核心混凝土强度等级的增强以及含钢率的提高,可有效降低柱中点水平残余变形;提高钢管屈服强度,可降低柱中残余变形,当钢材强度等级≥345 MPa时,继续增大屈服强度对提高钢管混凝土墩柱的抗爆性能意义不大。     

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。     

标准火灾后钢管RPC柱抗近距离爆炸荷载的试验研究

利用野外抗爆试验场对4根大比例标准火灾后的钢管活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete FilledSteel Tubular,简称钢管RPC）柱进行了抗近距离爆炸试验研究,探讨了恒定轴向力条件下比例距离和受火时间对柱动力响应和破坏形态的影响。结果表明:标准火灾下钢管仍可以有效约束RPC芯柱,限制了RPC的高温爆裂,表现出良好的抗火性能。爆炸作用下火灾后钢管RPC柱的相对位移均超过2.0%,均达到了其屈服状态。当比例距离由0.58 m/kg1/3减小到0.48 m/kg1/3时,钢管RPC柱出现由弯曲变形过渡到弯剪变形的趋势。随着受火时间增加,钢管RPC柱跨中出现明显的塑性变形,最大位移和残余位移均显著增大,发生典型的弯曲破坏。与比例距离相比,钢管RPC柱的抗爆能力对受火时间更为敏感。采用LS-DYNA软件对试验结果进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。     

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     

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。     

近场爆炸时混凝土桥墩的动力响应分析

为研究爆炸荷载作用时混凝土桥墩的动力响应,基于爆炸基本理论,开展近爆作用下混凝土桥墩的数值模拟与破坏模式研究,并通过方柱墩与圆柱墩对比、墩柱配筋方式与爆心位置变化等分析墩柱底部的水平位移和水平速度时程变化,进而研究墩柱的抗爆性能与破坏形态。研究结果表明:同等条件下圆形墩柱的抗爆能力要优于方形墩柱;爆炸荷载作用下墩柱纵向主筋的配置可改变墩柱的破坏形态,且墩柱底部的抗剪能力主要靠纵向主筋提供,箍筋的抗爆作用有限;近场爆炸时地基对墩柱底部的约束作用明显,进行墩柱抗爆设计时,可以结合基于性能的抗震理论实现墩柱底部的塑性铰设计。     

CFRP筋-高强钢筋/高强混凝土柱的抗震性能

为了研究高强钢筋和碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)混合配筋/高强混凝土柱的抗震性能,对CFRP筋-高强钢筋混合配筋的高强混凝土柱进行了低周反复荷载试验和有限元分析,研究了CFRP筋的粘结条件、不同轴压比以及高强混凝土种类等参数对其抗震性能的影响。结果表明:所有的高强混合配筋高强混凝土柱均发生延性破坏;在相同条件下,高强混合配筋混凝土中分别添加了钢纤维活性粉末和钢纤维后,表现出更好的耗能能力和延性;有粘结CFRP筋混合配筋高强混凝土柱比无粘结CFRP筋混合配筋柱的变形能力和承载力分别提高了9.6%和17.1%,但是延性系数降低了22.5%;在延性破坏的条件下,随着轴压比的增加,CFRP筋-高强钢筋混合配筋柱的屈服强度和极限强度明显增大,极限位移和耗能能力也逐渐减小;高强钢筋和CFRP筋配筋率越高,高强混合配筋柱的极限承载力和变形能力越大。      

FRP筋-钢筋增强ECC-混凝土组合柱抗震性能研究

提出一种在塑性铰区域采用高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)替代混凝土来改善FRP筋-钢筋增强混凝土柱抗震性能的新方法。对FRP筋-钢筋增强ECC-混凝土构件进行了低周往复荷载试验,系统地考察了基体材料、筋材种类、轴压比对构件破坏模态、裂缝模式、承载力、残余变形、延性和耗能能力的影响。结果表明,将ECC替代塑性铰区域混凝土能够有效避免FRP筋的受压屈曲,进而显著提升组合柱的抗震性能。与钢筋增强ECC-混凝土组合柱相比,复合筋增强ECC-混凝土组合柱的残余变形明显更小,且屈服后的刚度更高。随着轴压比的增大,构件极限强度升高但变形能力降低。通过有限元参数分析可知,组合柱的承载力和变形能力均随着ECC抗压强度及总配筋率的增大而增大;在总配筋率不变的情况下,FRP筋占比越高,构件的延性越好。     

不同空心率的方形聚丙烯纤维轻骨料混凝土空心柱的轴压性能

为了研究不同空心率对方形聚丙烯纤维轻骨料混凝土空心柱轴压性能的影响,进行了七组(14根)轴压柱试验,并借助有限元数值模拟软件ABAQUS对四根配筋柱进行数值模拟.结果表明:随着空心率增大,试件混凝土表面的裂缝数量增多,峰值荷载降低;未配筋的空心柱大多出现两条上下贯通的竖向主裂缝且集中在方孔附近,混凝土破坏较严重,弹性刚度显著降低;而配筋的空心柱大多为一条斜向主裂缝,裂缝宽度较小,混凝土整体性较好;空心柱的延性先增大后减小,空心率为9％时空心柱的延性系数最高,且空心柱延性均比实心柱好.有限元模拟结果表明,在弹塑性阶段混凝土开始破坏、纵筋屈服,在下降段混凝土破坏严重.     

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。     

混合配筋梁式转换结构抗震性能试验研究

通过对3榀混合配筋梁式转换结构和1榀钢筋混凝土梁式转换结构进行拟静力试验, 在与钢筋混凝土梁式转换结构对比分析的基础上,研究混合配筋梁式转换结构在竖向和水平荷载作用下的受弯性能、屈服机制、破坏机制,以及承载能力、滞回特征、刚度退化、延性和抗震性能,探讨端部CFRP筋锚固措施。试验结果表明：混合配筋梁式转换结构的承载能力优于全钢筋混凝土梁式转换结构;结构延性系数均大于3,刚度退化曲线没有明显速降,骨架曲线下降平缓,以及滞回曲线较为丰满说明混合配筋梁式转换结构具有较好的延性和抗震性能;该结构满足我国抗震规范对延性框架“强柱、弱梁、强节点”的设计要求。若采取可靠的锚固措施,CFRP筋、钢筋与混凝土完全能够共同可靠工作。     

基于粘结-滑移的FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁裂缝宽度计算方法

将纤维增强筋(FRP筋)混凝土梁裂缝的开展过程视作FRP筋由两侧混凝土中拔出的过程,建立了基于粘结-滑移的FRP筋轻骨料混凝土梁裂缝宽度微分方程。根据规范给出的裂缝宽度限值,合理确定滑移量上限,提出并引入了适用于梁正常使用阶段的FRP筋钢纤维轻骨料混凝土“低滑移”阶段粘结-滑移本构模型。进而,在明确最大裂缝间距l_max、裂缝宽度放大系数h₂/h₁与裂缝截面纤维混凝土残余应力σ_fib等特征参数的基础上,利用迭代算法建立了FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁最大裂缝宽度计算模型。基于正常使用阶段裂缝宽度实测数据对建议模型的适用性进行评估,结果表明:裂缝宽度限值0.5 mm内,建议模型能够准确预测FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁的最大裂缝宽度。     

爆炸荷载作用下钢纤维混凝土构件试验研究

本文对钢纤维混凝土板的抗爆炸局部破坏作用进行了实验研究。由于纤维的加入,增加了结构的整体性,大大提高了结构的抗震塌破坏能力;对钢纤维钠筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的弯曲破坏进行了试验研究,纤维加入后,使结构在相同荷载作用下的振动财周期缩短（即刚度增加）,残余承载力明显提高。     

火灾后钢管RPC柱抗爆动力响应数值模拟研究

动力多灾害作用下工程结构防护问题已成为当前研究的热点,采用LS-DYNA软件对ISO-834标准火灾后的钢管RPC柱抗爆动态响应全过程进行了模拟。首先采用ANSYS软件模拟钢管RPC在高温作用下的温度场分布,进一步得出钢管和核心混凝土的残余强度,在此基础上分别用弹塑性模型和KC模型描述钢管和RPC的本构关系。结合试验研究,采用参数化分析方法研究了荷载参数(受火时间、比例距离、轴向荷载)、几何特征参数(含钢率、长径比)和材料性能参数(钢材强度)对火灾后钢管RPC柱抗爆性能的影响规律。结果表明:数值模拟结果和试验结果吻合良好,说明本文模拟方法可以合理刻画火灾后钢管RPC柱抗爆动力行为。受火后的钢管RPC柱在爆炸荷载作用下钢管仍能有效约束核心RPC,柱的破坏形态以弯曲破坏为主,表现出良好的抗爆性能。高温作用导致钢管混凝土强度裂化,刚度降低,爆炸作用下构件变形明显增大;减小比例距离引起构件中部出现更明显的变形,且支座处有剪切破坏趋势。     

不同形状装药爆炸作用下地下管廊动力响应研究

探究装药形状对地下结构动力响应的影响，运用动力有限元分析程序，建立空气、土体、钢筋混凝土管廊和炸药的模型，利用流固耦合算法，对地下管廊在土中爆炸荷载作用下的响应进行研究。试验中常将TNT堆叠为方形集团装药对地下结构进行爆轰，而在实际情况，精确制导炸弹为柱状。比较柱状装药和集团装药在相同当量以及同一起爆位置爆炸时的响应，当比例距离小于0.5 m/kg^1/3时，柱状装药在相同比例距离的轴向超压大于径向超压，前者峰值约为后者峰值的1.12～4.79倍，在比例距离小于0.4 m/kg^1/3时，柱状装药径向超压大于同比例距离集团装药的轴向超压，爆炸冲击波沿装药轴向传播速度大于径向传播；两种装药顶爆作用下，主要是结构顶部竖向响应的区别，柱状装药对结构顶板的竖向扰动持续时间更长，顶板竖向加速度峰值在大舱顶板部位高出15.6%,小舱顶板部位高出12.2%,对于侧墙部位的加速度和位移影响并不是很大。表明装药形状对于结构动力响应有一定的影响，研究结果对防护工程结构以及内部附属设施设计提供参考。