叠合板式混凝土墙不同接头形式抗爆性能分析

叠合板式钢筋混凝土墙应用已经比较广泛,但其接头方式对结构抗爆性能的影响还未不清楚。运用数值模拟的方法对3种不同接头方式下桁架式叠合板式钢筋混凝土墙的抗爆性能进行研究,计算了3种荷载条件下结构的动力响应,分析了结构中钢筋应变时程变化特征以及整体挠度和裂纹扩展演化规律,结果表明装配整体式连接接头形式抗爆性能最好。在接头局部,试件侧墙与底板接头设置在距根部300 mm处的抗爆性能优于接头设在根部附近的。但就整体变形而言,接头设在根部附近的试件抗爆性能要优于接头设在距根部300 mm处的。数值模拟结果与试验结果对叠合板式混凝土墙接头形式优选具有一定的参考价值。     

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。     

内部爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的动力响应研究

对于合理预测内部爆炸荷载作用下复杂结构的动力响应,通常需要用合适的计算方法进行直接的数值模拟。采用了考虑应变率影响的钢筋和混凝土材料的动力本构损伤模型,介绍了用爆炸流体动力学软件预测在封闭空间内发生爆炸情况下结构响应的数值模拟方法。对箱型封闭空间内0．5kg TNT爆炸荷载作用下钢筋混凝土顶板的响应进行了数值模拟研究,展示了钢筋混凝土板从混凝土开裂、钢筋断裂到板整体抛射的动态演变过程,并与试验结果进行了对比分析,内部爆炸荷载压力时程曲线、混凝土的损伤破坏和板的抛射速度与试验结果吻合较好。从中可以发现钢筋对混凝土开裂起主要抑制作用,板的开裂和碎片形成主要受脉冲压力荷载的影响,而板的抛射速度主要受气体压力荷载的控制。     

地表爆炸荷载作用下大型输水箱涵的毁伤评估及防护效应分析

随着我国跨区域调水工程的增多,箱涵结构的抗爆问题越来越受到重视。考虑爆炸荷载作用下混凝土的应变率效应、流体与固体间的耦合以及结构的非线性动态响应等复杂问题,基于Lagrangian-Eulerian耦合方法建了地表爆炸荷载作用下钢筋混凝土输水箱涵的全耦合模型。通过与已有的经验公式和现场爆炸试验进行对比,分别验证了土体地表爆炸模型和爆炸荷载作用下钢筋混凝土模型的可靠性;对比研究了有水和无水两种工况下箱涵的动力响应及毁伤发展过程,并分析了地表爆炸荷载作用下冲击波的传播特性;同时采用聚苯乙烯泡沫作为箱涵的防护材料,探讨了其对钢筋混凝土输水箱涵抗爆性能的影响。结果表明:突发地表爆炸荷载将对输水箱涵结构的安全性构成巨大的威胁;而在箱涵顶部铺设聚苯乙烯泡沫可以有效地提高其抗爆性能。     

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     

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。     

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。     

钢筋混凝土剪力墙在冲击荷载作用下的数值模拟分析

为了研究钢筋混凝土墙在冲击荷载作用下的性能,首先利用LS-DYNA软件建立有限元模型对已有的试验进行了模拟,模拟结果和试验数据吻合良好证明了模型的正确性。在此基础上建立了7组28个钢筋混凝土墙在冲击荷载作用下的LS-DYNA有限元模型,分析冲击能量、冲击质量、轴压比和配筋率等因素对钢筋混凝土墙体抗冲击性能的影响;结果表明:冲击质量相同时,冲击能量和墙中部最大位移成线性增长的关系;而冲击能量相同时,冲击质量的改变将影响冲击过程中能量在钢筋和混凝土中的分配;随着冲击质量减小冲击速度增大,混凝土局部损伤加重,钢筋吸收能量减小,变形消耗的能量减小导致位移减小;轴压比小于0.3时,轴力对抗冲击能力有利,小轴压比的情况下可以不考虑轴力进行设计,结果偏于安全。通过对基于能量的设计方法进行讨论,提出了利用墙板塑性铰线法的静力设计方法来抵抗对应冲击能量作用下的设计思路,并总结了设计流程且对公式中的参数给出了建议取值。     

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。     

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。     

某炸药库内爆作用下坑道内隔爆防护墙厚度估算

文章以某炸药库安全评估工程的实际问题为背景,考虑到周围墙体的限制,坑道内的冲击波得以加强,以及附近坑道施工不受到影响为原则,通过数值模拟和简单公式,分析了10 t炸药库的爆炸破坏作用,提出了内爆作用下隔爆防护墙厚度的估算方法,并研究在一定的冲击波作用下隔爆防护墙的厚度,为安全评估提供参考。     

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。     

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。     

Hybrid S2/Carbon Epoxy Composite Armours Under Blast Loads

Civil and military structures, such as helicopters, aircrafts, naval ships, tanks or buildings are susceptible to blast loads as terroristic attacks increases, therefore there is the need to design blast resistant structures. During an explosion the peak pressure produced by shock wave is much greater than the static collapse pressure. Metallic structures usually undergo large plastic deformations absorbing blast energy before reaching equilibrium. Due to their high specific properties, fibre-reinforced polymers are being considered for energy absorption applications in blast resistant armours. A deep insight into the relationship between explosion loads, composite architecture and deformation/fracture behaviour will offer the possibility to design structures with significantly enhanced energy absorption and blast resistance performance. This study presents the results of a numerical investigation aimed at understanding the performance of a hybrid composite (glass/carbon fibre) plate subjected to blast loads using commercial LS-DYNA software. In particular, the paper deals with numerical 3D simulations of damages caused by air blast waves generated by C4 charges on two fully clamped rectangular plates made of steel and hybrid (S2/Carbon) composite, respectively. A Multi Materials Arbitrary Lagrangian Eulerian (MMALE) formulation was used to simulate the shock phenomenon. For the steel plates, the Johnson-Cook material model was employed. For the composite plates both in-plane and out-of-plane failure criteria were employed. In particular, a contact tiebreak formulation with a mixed mode failure criteria was employed to simulate delamination failure. As for the steel plates the results showed that excellent correlation with the experimental data for the two blast load conditions in terms of dynamic and residual deflection for two different C4 charges. For the composite plates the numerical results showed that, as expected, a wider delamination damage was observed for the higher blast loads case. Widespread tensile matrix damage was experienced for both blast load cases, while only for 875?g blast load fiber failure damage was observed. This agrees well with the experimental data showing that the composite panel was not able to resist to the 875?g blast load.     

Numerical prediction of concrete slab response to blast loading

In this paper, a dynamic plastic damage model for concrete material has been employed to estimate responses of both an ordinary reinforced concrete slab and a high strength steel fibre concrete slab subjected to blast loading. In the concrete material model, the strength envelope is a damage-based modified piece-wise Drucker–Prager model; the strain rate effect on tension and compression are considered separately; the damage variable is based on Mazars’ damage model, which is a combination of tensile and compressive damage. The equation of state (EOS) is also a combination of the porous and solid EOS of concrete with different forms for tension and compression states. The interaction between the blast wave and the concrete slab is considered in the 3D simulation. In the first stage, the initial detonation and blast wave propagation is modelled in a 2D simulation before the blast wave reaches the concrete slab, then the results obtained from the 2D calculation are remapped to a 3D model. The calculated blast load is compared with that obtained from TM5-1300. The numerical results of the concrete slab response are compared with the explosive tests carried out in the Weapons System Division, Defence Science and Technology Organisation, Department of Defence, Australia. Repetitive applications of blast loading on slabs are also simulated and the results compared with test data.     

工字形钢柱的爆炸作用分布特征与计算研究

为研究工字形钢柱上的爆炸荷载特征,明确在不同爆炸条件下工字形钢柱的破坏形式,通过数值计算和试验数据相结合,在三种不同爆炸类型条件下,对钢柱不同位置测点的冲击波曲线形式进行分析,并对钢柱不同翼缘的爆炸荷载水平及竖向分布形式进行总结,给出工字形钢柱上爆炸作用的确定方法。研究结果表明：当爆炸作用沿钢柱强轴时,荷载在翼缘宽度上可按均匀分布,而随近、中、远爆炸类型的变化,荷载沿钢柱竖向分别呈双曲线、梯形和矩形分布特征,而荷载峰值可按TM5-855中试验数据确定;当爆炸作用沿钢柱弱轴时,荷载在腹板上可按均匀分布,而在翼缘上呈三角形分布特征,荷载峰值可按TM5-855中试验数据值乘以相应的放大系数得到;爆炸荷载对钢柱响应形式影响显著,随着爆炸距离的增大,钢柱由局部破坏向整体破坏转变。     

室内爆炸超压荷载简化模型

美国UFC规范计算室内爆炸荷载时假设爆炸荷载在整个空间均匀分布,但由于壁面的限制作用,真实室内爆炸的压力场并不均匀。该文利用非线性显式动力分析程序AUTODYN的Remap技术对室内爆炸进行模拟,研究了壁面爆炸荷载的分布规律;依据壁面爆炸超压时程曲线特点及其峰值超压分布,对爆炸荷载作用区域进行划分,并提出了各区域爆炸荷载典型参数—峰值超压、冲击波作用时间、准静态峰值气体压力及吹降时间的计算式,建立了室内爆炸荷载简化模型,并进一步研究了爆源高度和房间尺寸对荷载简化模型的影响。结果表明:室内爆炸下壁面不同区域爆炸荷载的分布形式及计算方法不同,拟合得到了各区域爆炸荷载的简化计算式;爆源高度及房间尺寸对峰值超压影响较大,对冲击波冲量影响较小。     

爆破荷载作用下埋地钢管的动态响应实验研究

爆破荷载作用下埋地管道的动态响应问题是城市爆破施工中亟需解决的课题之一,具有重要的理论和现实意义。在理论分析的基础上,通过改变药量、爆心距、管道内压以及爆源埋深中某一参数对埋地无缝钢管进行现场爆破实验,其中药量为50~200 g,每次实验改变25 g共七次;爆心距分别为2.2 m、2.7 m和3.2 m;管道内压分别为0 MPa、0.2 MPa、0.4 MPa和0.6 MPa;爆源埋深分别为0.5 m、1 m、1.5 m和2 m。结果表明:在正常工作压力下钢管内径和管壁厚度的比值越大,管道容许压缩应变值越小;管道应变与比例距离成反比,随着比例距离增大,应变减小;并得出了在实验条件下的应变峰值与爆心距和药量计算公式。     

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。