爆炸冲击作用下钢筋混凝土板的动态响应研究

为研究爆炸载荷下钢筋混凝土板的动态响应,基于量纲分析得到了球形装药质量、爆心距和钢筋混凝土靶板挠度之间的无量纲关系.利用有限元软件AUTODYN建立空气-炸药-钢筋混凝土板的三维数值模型,考虑炸药、空气和靶板之间的流固耦合相互作用,模拟结果和实验结果基本吻合.改变固支条件为四边固支,控制单一变量,分别得到装药质量和爆心距对靶板挠度的影响规律.结果表明,保持爆心距一定,当比例距离大于0.6 m/kg^1/3的情况下,即不考虑近场爆炸和接触爆炸,钢筋混凝土板中心挠度随装药质量增加近似呈线性递增趋势;而当改变爆心距时,挠度随爆心距的增加近似呈指数递减趋势.     

GFRP筋混凝土梁抗爆性能试验研究与数值分析

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋具有耐腐蚀、抗拉承载力高等优点.它们可作为混凝土防护结构的纵筋而代替钢筋.为了明确GFRP筋混凝土梁(GRCBs)的抗爆性能,对GFRP筋混凝土梁和钢筋混凝土梁(SRCBs)进行了爆炸试验、四点弯曲静力试验及数值模拟分析.结果表明:四点弯曲静力试验中,工况是3kg-0.65m的爆炸荷载作用后相同等效刚度设计的GRCBs承载力是SRCBs的5.5倍.在近距离爆炸作用下(比例爆距小于0.5159mkg^-3),由于GFRP筋处于弹性阶段,破坏形式主要是混凝土出现裂纹、剥落和震塌.通过数值模拟分析,增加纤维增强聚合物(FRP)筋刚度可以降低GRCBs跨中位移,跨中最大位移降低率与EA比的比值为0.1,减少GRCBs的裂纹与损伤,增强GRCBs的抗爆性能.当比例爆距小于0.4095mkg^-3,GFRP筋混凝土梁用C50及以上混凝土能有效减少混凝土震塌与剥落.研究表明,GRCBs比SRCBs具有更高的抗爆性能.     

空旷环境下小药量集中药包爆炸冲击波衰减规律

为研究炸药爆炸冲击波在空旷环境下的传播规律,采用NUBOX9100冲击波信号分析仪分别对0.1、0.2和0.3 kg的小药量集中药包进行了现场试验。试验表明:小药量集中药包爆炸冲击波在空旷环境下传播速度随爆心距衰减较快,在爆心距12 m处的冲击波传播速度衰减速率为爆心距2 m处的60%。当爆心距在1～3 m时,冲击波超压峰值的衰减速率约为75.61 kPa/m;爆心距在3～8 m时衰减速率降低到10.12 kPa/m;爆心距大于8 m时,衰减速率趋于平缓,约为0.48 kPa/m。提出了冲击波超压峰值与比例距离之间的修正公式,修正公式尤其对比例距离大于10的情况进行了修正。在比例距离较大时,修正公式比以往的经验公式更适用。运用ANSYS/LS-Dyna软件对炸药在空旷环境下爆炸冲击波超压衰减进行了模拟,结果表明修正公式的误差较小。     

全装配式延性节点混凝土框架子结构 抗连续倒塌试验研究

为研究全装配式干节点连接的钢筋混凝土框架结构的抗连续倒塌性能,采用1/2缩尺比例设计了两榀全装配式(PC)试件进行静载试验研究.其中装配式结构在梁柱节点处采用高强螺栓-延性杆-锚固板的连接方式,其中PC1试件未设置牛腿,PC2试件采用暗牛腿,另外结合一榀本团队开展的现浇框架结构RC试件进行对比研究.对两个试件分别进行了中柱移除状态下的竖向加载拟静力试验,并对加载过程中测试所获得的结构极限承载力、应变响应、变形性能及失效破坏模式依次进行了分析.试验结果表明,与RC试件中既存在压拱效应又存在悬链线效应相比,两个PC试件中只存在压拱效应阶段,表明该类型全装配式结构的抗倒塌能力相对不足.同时PC1和PC2试件的极限承载力分别为RC试件在压拱效应阶段峰值荷载的95%和123%,相应的极限位移仅为RC试件的48%和61%.试验过程中,PC试件的受力及变形区域则主要集中在节点连接处,其材料利用率相对有限,PC试件则因节点区域内延性杆与锚固板连接处发生断裂而失效.     

砂土中直埋穿管光缆爆炸破坏效应研究

研究直埋穿管光缆的爆炸毁伤机理和易损性,针对直径60 mm钢管内穿GYTA33型铠装光缆,设计并开展了55 kg柱状TNT裸药砂土中近距离爆炸破坏原型试验. 试验结果表明,比例爆距为0.316 m/kg时,该型穿管光缆在钢管出现明显弯曲及压缩变形时通信功能完好,比例爆距0.263 m/kg时通信出现中断,该型穿管光缆在砂土中的临界破坏比例爆距在0.263～0.316 m/kg之间;围绕试验结果开展了数值计算,分析了穿管光缆破坏过程机理. 研究表明,近距离爆炸荷载下,钢管会发生局部弯曲和径向压缩变形,钢管变形初期产生严重压缩变形破坏时对管内光缆的高速冲压作用是其破坏的主要原因.      

聚脲涂覆钢板结构抗爆性能试验研究

研究聚脲不同涂覆方式下单钢板与箱体结构的抗爆性能.进行了15.7 kg/m2相同面密度条件下2.0,1.5与1.2 mm三种厚度钢板的无涂覆、迎爆面涂覆结构抗40 g TNT外爆载荷试验,相同钢板厚度条件下1.5 mm与1.2 mm两种厚度钢板的无涂覆、迎爆面涂覆与背爆面涂覆结构抗60 g TNT外爆载荷试验,以及3.0 mm厚钢板所组成箱体的无涂覆、迎爆面涂覆与背爆面涂覆结构抗140 g TNT内爆载荷试验,通过对比不同涂覆结构的变形与破坏行为,分析聚脲涂层对结构抗爆性能的影响.结果表明,等面密度时迎爆面涂覆聚脲不能提高钢板的抗爆性能,等钢板厚度时涂覆聚脲能够有效提高钢板与箱体结构分别在外爆与内爆载荷下的抗爆性能,且背爆面涂覆时效果优于迎爆面涂覆.      

钢筋混凝土雨篷板配筋率及截面尺寸对雨篷抗爆性能的影响

钢筋混凝土雨篷由雨篷梁和雨篷板组成,其破环形态主要表现为雨篷板发生断裂破坏.为研究雨篷板对雨篷抗爆性能的影响,利用LS-DYNA软件建立了钢筋混凝土雨篷的标准尺寸有限元模型.在不同爆炸点布置药量W=5kg与W=10kg的TNT炸药,对爆炸荷载作用下雨篷最大位移、梁钢筋应力、混凝土破坏形态3方面进行分析并研究了雨篷板配筋率对雨篷抗爆性能的影响.然后,在药量W=10kg的条件下,保持最大配筋率不变,研究了雨篷板悬挑长度与厚度的改变对雨篷抗爆性能的影响.通过研究发现:雨篷板比雨篷梁破坏更严重.雨篷梁与雨篷板钢筋的最大应力介于静态屈服强度与动态屈服强度之间.增加雨篷板的配筋率对雨篷抗爆性能的提高不明显.减小雨篷板长度、增加雨篷板厚度可以有效地提高雨篷的抗爆性能.     

钢筋混凝土复合墙板抗风试验及有限元分析

钢筋混凝土复合保温墙板是一种新型的装配式复合墙板,施工方便,符合钢结构住宅产业化需求.通过对2块带连接件的钢筋混凝土复合保温墙板的抗弯承载力试验,得到该板在100,m、150,m、200,m正反风压作用下墙板本身受力与变形情况,考察其使用过程的工作性能,同时,加载至钢筋混凝土复合保温外墙板失去承载能力,考察带连接件墙板在实际工作条件下的承载能力.采用ABAQUS有限元软件对装配式符合墙板试验过程进行数值模拟,经过对比发现,模拟效果良好,为开裂荷载和参数化分析提供基础.试验结果与有限元分析结果均表明:装配式复合墙板的抗风性能优越.     

近爆场下固支铝合金圆板的动态响应研究

对2024-T3铝合金圆板在近爆场下进行了爆炸冲击试验,利用Henrych经验公式与有限元法分别进行了计算和数值模拟,对比了近爆场的冲击波超压,考察了铝合金圆板的动态响应特性与变形失效模式,分析了药量及爆距的影响.结果表明:在爆炸冲击载荷的作用下,随着载荷的增强,即随着药量的增大、爆距及比例距离的减小,固支铝合金圆板呈现出3种变形失效模式、塑性变形、中心拉伸破孔失效、中心破孔,并发生圆板开裂;塑性变形首先在铝合金圆板的固支边界处产生,随后迅速扩展到板中心区域;随着比例距离的减小,发生中心拉伸破孔板的破孔尺寸逐渐增大,而发生边界拉伸断裂板的鼓包程度逐渐减小.      

装配式钢筋混凝土部分叠合板受力性能试验研究

通过对5块新型装配式钢筋混凝土部分叠合板进行受力性能的试验,对各试件从开裂、屈服到极限承载3个阶段的破坏形态、裂缝分布以及挠度变形进行研究.结果表明:新型装配式钢筋混凝土部分叠合板结构受力性能良好,具有二阶段受力特征.先简支后连续,跨中部分不叠合,仅支座1/4范围叠合,缓减了全叠合板的跨中应力超前现象,提高了板结构刚度...     

近爆冲击波和破片复合作用下混凝土空心砌块墙防护技术研究

为探究在不同冲击波和破片复合荷载作用下混凝土空心砌块填充墙的损伤特征和防护技术,通过ANSYS/LS-DYNA软件建立了混凝土空心砌块填充墙各部件、破片和炸药的模型,得到了比例距离、破片尺寸、起爆点对墙体的位移响应的影响以及在聚脲弹性体与钢丝网共同加固条件下墙体所能承受的极限炸药质量和较为经济的防护厚度.结果表明:通过与试验对比验证,本文的研究方法是可靠的;在近爆冲击波和破片复合作用的条件下,比例距离不能作为判定墙体受损严重程度的依据;同等质量下,减小破片尺寸使墙体破坏加重;改变起爆点对墙体破坏程度的影响微弱;在增加防护后,墙体抗爆性能明显加强,采用5 mm聚脲弹性体和钢丝网加固的墙体在炸药距离1.2 m时的能够抵抗的等效TNT炸药质量在8.296kg和11.376 kg之间;当炸药距离为1.2 m,等效TNT炸药质量为2.456 8 kg时,较为经济的防护手段是聚脲弹性体厚度和钢丝网钢丝直径均为3 mm.本文成果可为混凝土空心砌块填充墙抗爆性能及其防爆技术的研究提供重要参考.     

新型装配式组合结构对爆炸冲击波流场的影响

为有效防护爆炸冲击波及抛掷物等的破坏作用,设计了一种新型装配式双层钢板组合结构体系.采用ALE(arbitrary lagrange-euler)算法对4种TNT药量、2种爆距下结构前方及上方流场规律进行了数值分析,得到了爆炸压力场的分布特点和不同位置的冲击波超压等的变化规律,分析了爆炸冲击波与组合结构的作用过程,并与经验公式及TM5-855-1计算结果进行了比较.分析表明,结构前方爆心水平线上0.3 m范围的超压峰值增大,但药量和爆距对此范围的大小影响不大;结构上方一定范围内的冲击波超压减弱,且随着药量和爆距的增大而减小;药量增大、爆距减小时,结构前上方冲击波超压增强的范围增大.     

玄武岩纤维布加固钢筋混凝土板的抗爆性能分析

为研究玄武岩纤维布(BFRP)对钢筋混凝土结构的抗爆加固效果,利用LS-DYNA软件建立了空气中接触爆炸条件下BFRP加固钢筋混凝土板的有限元模型.利用流固耦合算法模拟了板的破坏过程,比较了加固前后板的破坏形态、钢筋应力及板底位移,并比较了玄武岩纤维布与碳纤维布(CFRP)的加固效果.发现BFRP能够增强板的刚度,降低...     

近距离爆炸作用下RC桥墩毁伤模式及其轴力效应数值模拟

为研究近距离爆炸作用下钢筋混凝土桥墩的毁伤模式，利用显式非线性动力分析软件LS-DYNA建立了包含空气域、炸药和RC桥墩的精细化三维数值模型，通过与已有文献的试验结果进行对比，验证了有限元模型的有效性，并进一步分析了轴力效应对RC桥墩毁伤模式的影响.结果表明：近距离爆炸作用下RC桥墩的毁伤模式可归纳为无剥落破坏、剥落破坏和冲切破坏3种；对于圆柱试件，以爆炸距离0.2 m为例，当比例距离Z≥0.200 m/kg^1/3时，发生无剥落破坏；当0.117 m/kg^1/3≤Z<0.200 m/kg^1/3时，发生剥落破坏；当Z<0.117 m/kg^1/3时，发生冲切破坏.在近距离爆炸作用下，轴向荷载对RC桥墩抗爆性能的影响与其毁伤模式有关，当RC桥墩的毁伤模式是无剥落破坏或者轻微的剥落破坏时，随着轴向荷载的增加，RC桥墩的毁伤程度有所减轻；但当RC桥墩的毁伤模式是严重的剥落破坏或者冲切破坏时，随着轴向荷载的增加，RC桥墩的毁伤程度加剧.研究结果可为RC墩柱抗爆设计和毁伤评估提供参考.     

近爆冲击波和破片复合作用下预应力钢筋混凝土空心板梁的损伤效应分析

通过数值分析研究预应力钢筋混凝土空心板梁在近爆冲击波和预制破片复合作用下的损伤情况。通过非线性有限元软件ANSYS/LS_DYNA模拟预应力混凝土板的爆炸试验和炸药驱动预制破片的试验,验证本文所采用的材料本构模型及技术路线的合理性与可靠性,研究爆炸波、破片荷载及二者复合作用下预应力空心板梁的动态响应的差异,同时运用参数化分析方法,研究张拉控制应力、预应力损失水平、混凝土强度、普通钢筋纵筋配筋率及箍筋间距对空心板梁动力响应的影响。研究结果表明:随着张拉控制应力增大,构件的抗爆性能显著增强;在相同张拉控制应力作用下,即使构件有不同水平的应力损失,其抗爆性能也基本相同;提高混凝土强度对构件的抗爆性能的提升作用并不明显;普通钢筋纵筋配筋率的提升在一定范围内可以小幅度提高构件的抗爆性能;随着箍筋间距增加,构件的抗爆性能明显减弱。     

爆炸荷载下FRP加固双向板动力响应数值模拟

为了研究外贴FRP加固钢筋混凝土双向板的抗爆性能,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对其在爆炸荷载下的动力响应进行模拟,比较分析了不同CFRP粘贴层数、粘贴密度和不同FRP材料对其抗爆性能的影响.结果表明,相同爆炸荷载下,随着CFRP粘贴层数和粘贴密度的增加,加固板抗爆性能不断增强,但考虑经济性和延性,CFRP粘...     

爆炸载荷作用下玻璃钢/硬质聚氨酯泡沫夹层结构抗冲击性能实验研究

为分析玻璃钢/硬质聚氨酯泡沫组成的单夹层方板、双夹层方板以及单夹层方板单面喷涂聚脲结构在爆炸载荷作用下的动力响应及抗爆性能,进行了等面密度的3种结构靶板的爆炸冲击波毁伤效应试验,获得了3种结构靶板在爆炸载荷作用下的破坏模式,并比较了3种结构的抗冲击性能.研究发现,靶板的面板破坏模式以固支边界断裂裂纹、四角弯折裂纹和应力集中处剪切裂纹为主,芯层形成了明显的压溃区、裂纹聚集区、脱粘破坏和拉伸裂纹破坏.等面密度设计的双夹层方板和迎爆面喷涂聚脲的单夹层方板破坏程度和残余变形比单夹层结构更大;背爆面喷涂聚脲的单夹层方板破坏程度比单夹层结构更大,但背爆面板残余变形明显减小.      

爆炸荷载作用下浅埋综合管廊野外试验与弹性动力响应分析

为了研究管廊结构在爆炸荷载作用下的荷载分布规律、动力响应及破坏机理,评估管廊工程的防护潜力,获取管廊在爆炸荷载作用下的试验数据,设计并开展了管廊结构的抗爆试验.本文主要分析了在比例爆深为2.000,1.587,1.260 m/kg^1/3三种工况下管廊顶板中心处的动力响应.试验测得了三种工况下爆坑大小,以及顶板中心底部纵筋和箍筋及侧墙中心内侧箍筋应变时程曲线、加速度时程曲线、反射压力时程曲线和位移时程曲线.试验数据表明,顶板中心底部箍筋应变远大于纵筋,且振动使管廊产生的反复位移大小相当,建议管廊采用对称配筋、箍筋加密、混凝土保证抗压强度.通过常规武器效应计算软件CONWEP计算并验证了反射压力峰值的准确性,进一步得到了作用于管廊的总压力并将其简化为均布荷载,计算出弹性响应阶段顶板中心的最大位移,与实测位移进行比较,吻合较好.     

破片与冲击波复合作用下 预应力混凝土T形梁损伤分析

基于ANSYS/LS-DYNA软件建立了预应力钢筋混凝土T形梁、炸药和破片的数值模型,并探究其承受冲击波-破片复合作用时的动态响应及损伤,对研究方法的有效性进行了试验对比验证.分析了冲击波、破片群单独作用及二者复合作用下T形梁损伤和位移响应的异同.运用参数化分析方法,研究张拉控制应力、纵筋配筋率、非加密区箍筋配箍率、混凝土抗压强度、炸药比例距离及爆心位置等因素对T形梁损伤效应的影响,结果表明:随着张拉控制应力、纵筋配筋率及非加密区箍筋配箍率的增加,T形梁的抗爆性能呈现非线性增强;混凝土抗压强度对T形梁抗爆性能增强效果不明显;比例距离相同时,炸药质量比爆心到梁表面距离对梁的毁伤效果影响更为突出,炸药质量越大,T形梁毁伤越严重;当爆心偏离T形梁面正上方时,梁跨中底面横桥向上各点位移峰值从靠近爆心一侧向远离爆心一侧,近似呈均匀增加;爆心偏离中心点距离越小,梁跨中底面位移动态响应越大.     

基于拆除构件法的全装配式框架结构连续倒塌分析

为研究混凝土全装配式框架结构的抗连续倒塌性能,在2个全装配式试件(PC1、PC2)和1个现浇试件(RC)的中柱移除静力试验及动力试验的基础上,利用OpenSees有限元软件建立3个子结构宏模型,将校验结果与试验结果进行了对比,继而设计了2栋7层全装配式框架结构(PC1-Frame、PC2-Frame)和1栋现浇框架结构(RC-Frame),采用拆除构件法拆除框架底层的中柱和边柱,对剩余损伤结构的抗连续倒塌能力进行评估.结果表明,拆除边柱的倒塌危险性较拆除中柱大,PC1-Frame失效点位移时程曲线振幅比RC-Frame大;在拆除中柱后,PC1-Frame和PC2-Frame在压拱机制阶段的极限承载力分别较RC-Frame低30%和20.5%;在拆除边柱后,PC1-Frame和PC2-Frame在压拱机制的极限承载力分别较RC-Frame低26.9%和22.3%.最后校验了基于等能量原理的简化非线性动力分析方法的适用性,并得知结构的动力放大系数在构件进入塑性阶段后逐渐减小.