POZD涂层方形钢筋混凝土板抗接触爆炸试验研究

为研究聚异氰氨酸酯噁唑烷聚合物高分子材料（polyisocyanate oxazodone，POZD）涂层方形钢筋混凝土板在接触爆炸作用下的破坏模式和抗爆性能，对POZD涂层方形钢筋混凝土板进行接触爆炸条件下试验研究。试验中采用建筑结构中楼面设计常用的钢筋混凝土板为研究对象，通过11次独立的爆炸试验，分析了不同POZD涂层厚度对抗爆性能的影响，观测了钢筋混凝土板在不同装药量和不同POZD涂层厚度条件下的破坏模式和破坏特征，研究结果表明:涂层POZD钢筋混凝土板的主要破坏模式为钢筋混凝土板正面爆炸成坑，背面POZD涂层的圆锥状鼓起。POZD涂层鼓起主要是在爆炸冲击波作用下POZD涂层从基体板脱离并出现较大塑性变形所致。当冲击波荷载强度超过POZD材料的极限抗拉强度时，在涂层锥尖处形成较小的圆孔装剪切破坏，涂层的其他区域保持完好，从而让钢筋混凝土板不会产生较大范围的震塌破坏。在强冲击波荷载作用下利用POZD涂层仍然能够保持大变形、高塑性特性，可以通过自身的大变形很好地延长爆炸荷载的作用时间和耗散时间，吸收较大冲击波能量，从而约束混凝土震塌碎片，提高钢混混凝土板的抗爆性能。随着POZD涂层厚度增加，板的抗接触爆炸作用下的抗爆能力越强，临界震塌破坏装药量越多。研究结果可为工程应用及毁伤评估提供参考。     

双钢板混凝土组合板抗爆性能分析

钢-混凝土-钢组合板是一种新型的组合结构,与传统钢筋混凝土板相比,具有抗剪强度高、延性大、耗能能力强等特点,目前已经被广泛应用于核反应堆安全壳、海洋平台及储油罐等结构。本文中,设计并制作了缩尺的普通钢筋混凝土板和钢-混凝土-钢组合板,开展了在接触爆炸荷载作用下的实验研究,通过损伤分析、跨中最大挠度对比研究不同板的抗爆性能。基于ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序,研究了钢-混凝土-钢组合板的损伤模式、跨中最大挠度等,并与实验结果进行了对比分析,验证了有限元分析模型的准确性和适用性。参数化分析了炸药量、混凝土强度和钢板厚度等参数对钢-混凝土-钢组合板抗爆性能的影响规律。利用多参数回归分析方法,提出钢-混凝土-钢组合板跨中挠度的预测公式。结果表明:提高混凝土强度可以降低结构的塑性损伤, 增加钢板厚度可以有效降低钢-混凝土-钢组合板的跨中最大挠度。相对于普通钢筋混凝土板,钢-混凝土-钢组合板保持了良好的整体性,且具有继续承载的能力。拟合公式能够较好地预测钢-混凝土-钢组合板跨中挠度与药量和钢板厚度的关系。     

弧形双钢板混凝土组合板抗爆性能数值研究

依据规范设计了3种不同连接件的弧形双钢板混凝土组合板,基于ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序研究了弧形双钢板混凝土组合板在近场爆炸作用下的损伤模式、跨中位移变化以及能量消耗状况等,对比研究了3种不同板的耗能状况及损伤机理。以背爆面钢板跨中位移为指标,分析了用药量、混凝土强度和钢板厚度等参数对弧形双钢板混凝土板抗爆性能的影响规律。结果表明:在近场爆炸作用下,弧形板均保持良好的整体性,没有出现混凝土飞散现象,仍具有持续承载能力,比传统平面双钢板混凝土组合板具有更加优异的抗爆性能;重叠栓钉的连接性能强于栓钉,稍弱于对拉螺栓;提高混凝土强度不能改善混凝土的损伤状况,但能减小跨中位移;增加钢板厚度能显著减小钢板跨中位移,提高弧形双钢板混凝土组合板的抗爆能力。     

泡沫铝防护钢筋混凝土板的抗爆性能

为研究多孔吸能材料泡沫铝板对工程结构的抗爆防护作用，开展室外爆炸破坏实验，分别对设置不同泡沫铝防护层的钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）板在爆炸荷载下的动态响应及破坏模式进行了研究，并运用LS-DYNA软件建立了有限元模型。通过与实验对照，验证了模型的可行性，对比分析了有、无泡沫铝防护层钢筋混凝土板的损伤破坏规律，并讨论了泡沫铝密度梯度分布和纵筋配筋率的影响。结果表明:有限元模型能够有效分析含泡沫铝防护层RC板的动态响应及其破坏形态；泡沫铝防护层能够有效减小钢筋混凝土板的挠度变形，降低试件的破坏程度；泡沫铝密度由下到上递增情况对RC板的减爆效果最好；增大配筋率可以提升泡沫铝防护RC板整体抗爆性能。     

波形钢板剪力墙拟静力试验及数值模拟

为对比波形钢板剪力墙和平钢板剪力墙的抗震性能,进行了水平、竖向波形钢板剪力墙试件和平钢板剪力墙试件的拟静力加载试验,并利用有限元软件对三种钢板剪力墙试件进行了非线性数值分析。试验及有限元分析结果表明:波形钢板剪力墙试件的承载能力和滞回性能显著优于平钢板剪力墙。有限元分析表明:三种钢板剪力墙模型的滞回曲线与试验试件的滞回曲线基本吻合,且模型的特征点位移、荷载与试验数据的相对误差在10%以内,模拟分析结果与试验结果吻合度较高,进而对钢板剪力墙深入研究;试验中发现约束边缘构件H型钢柱刚度不足,导致平钢板剪力墙过早发生平面外失稳破坏,波形钢板剪力墙其腹板未能充分发挥其力学性能。从有限元分析结果可知,将H型钢柱更换为刚度较大的方钢管柱,可以有效防止钢板剪力墙过早发生平面外失稳破坏,使得内嵌钢板的力学性能得以充分发挥,三种钢板剪力墙的抗震性能均有较大的提升,且其中竖向波形钢板剪力墙抗震性能最佳。在此基础上,以竖向波形钢板剪力墙为例,分析波幅和波长对其抗震性能的影响。有限元结果表明,随着波幅的增大,剪力墙的抗震性能逐步提高,但当波幅超过70mm时,其抗震性能提高的速度降低,随着波长的减小,剪力墙的抗震性能逐步提高,但由于波形钢板加工工艺的限制,波形钢板的波长为100mm左右时,剪力墙的抗震性能表现较好。     

水下接触爆炸下高聚物层对钢筋混凝土板的防护效果

为研究多孔材料高聚物对水下混凝土结构的抗爆防护性能，对含高聚物防护层的钢筋混凝土板开展了水下爆炸实验，并设置了对照组。利用AUTODYN有限元程序建立了含高聚物防护层的钢筋混凝土板水下爆炸全耦合模型，并通过数值模拟结果与实验的对比，验证了所建模型的可靠性。在此基础上，通过数值模拟，进一步分析了前置钢板对高聚物层防护性能的提升效果。以钢筋混凝土板跨中残余位移为指标，参数化分析了起爆药量和复合结构层厚比对高聚物层水下防护效果的影响规律。结果表明：水下爆炸下，高聚物防护层能够有效降低混凝土结构的毁伤程度；在高聚物层外侧布置钢质薄板，可以更好地发挥高聚物层的吸能效果，对钢筋混凝土板起到更好的防护效果，且当高聚物层与前置钢板层厚度比为20时，防护效果最佳。     

钢筋混凝土箱梁近场爆炸响应的试验与数值模拟

为了研究近场爆炸作用下单箱三室混凝土箱梁的动力响应和破坏特征，开展了缩比试件爆炸试验和数值模拟。以原型桥梁主梁截面按1∶3缩比设计和制作了箱梁试件，测量了3 kg TNT药柱爆炸作用下试件的反射超压、钢筋应变、竖向位移及破洞形态；采用LS-DYNA软件进行了箱梁爆炸响应模拟，结合试验数据验证了数值模拟方法的可靠性；分析了TNT当量、起爆位置、混凝土强度、配筋率对箱梁抗爆性能的影响。结果表明：3 kg TNT药柱于箱梁中间箱室中心正上方0.4 m处起爆时，在中间箱室顶板中心形成一个椭圆形的贯穿破口，破口沿横、纵桥向长度分别为41.50、45.50 cm；中间箱室顶板底面的混凝土发生大面积剥落，呈现喇叭状冲切破坏特征；多室箱梁的超宽截面形式使得其爆炸响应沿横桥向分布不均匀；箱梁底板竖向位移峰值和钢筋应变峰值随药量的增大而增大，采用最小二乘法得到了对应的拟合曲线表达式；不同起爆位置下，中间箱室底板中心的竖向位移均大于两侧箱室中心的。     

预应力混凝土结构抗爆性能试验研究

随着我国城市建设的飞速发展,人们迫切希望能将预应力混凝土结构用于平战结合的大跨度地下工程。但由于迄今为止国内外对预应力混凝土结构的抗爆性能知之甚少,长期以来预应力混凝土在抗爆结构中的应用一直是个禁区。本文给出了一例后张无粘结部分预应力混凝土梁板柱形结构模型在平面装药爆炸条件下的大比尺化爆相似模拟试验。模型的几何相似比例为1∶5,加载平面空气冲击波超压分别为70kPa、130kPa和320kPa。试验结果给出了在完全弹性状态、荷载略高于设计承载力状态和接近极限破坏状态下无粘结部分预应力混凝土结构的宏观试验现象和大量实测试验参数和实测波形曲线,并进行了简单的数据分析。试验结果表明:设计合理的预应力混凝土梁板柱形结构具有很好的延性,不会发生令人担心的脆性破坏,完全可以用于抗爆结构。     

高聚物牺牲包层对钢筋混凝土板的爆炸毁伤缓解效应

为研究高聚物牺牲包层对钢筋混凝土结构的爆炸毁伤缓解效应，开展了带高聚物牺牲包层钢筋混凝土板的接触爆炸试验，同时设置了普通钢筋混凝土板作为对照组，对比分析了高聚物牺牲包层对钢筋混凝土板毁伤特征的影响。此外，运用AUTODYN软件建立了现场爆炸试验的SPH-FEM耦合模型，通过与试验结果的对比，验证了所建耦合模型的可靠性。在此基础上，通过参数敏感性分析，探究了炸药量和高聚物牺牲包层密度、厚度对带高聚物牺牲包层钢筋混凝土板毁伤特性以及吸能特性的影响。结果表明：接触爆炸下，高聚物牺牲包层能够有效地分散爆炸荷载，缓解爆炸荷载对钢筋混凝土板的冲击作用，具有良好的防护性能；药量在一定范围内增大时，高聚物牺牲包层依然能维持较高的吸能水平，增大包层密度和厚度有利于增强高聚物牺牲包层的吸能特性，包层厚度的变化会造成被保护钢筋混凝土板毁伤模式的改变。     

GFRP加固RC双向板抗爆性能试验研究

为探讨化爆条件下玻璃纤维对钢筋混凝土结构的加固效果,对粘贴玻璃纤维条带钢筋混凝土复合板以及普通钢筋混凝土板同时进行了抗爆性能试验,并将两者的结果进行了对比分析。结果表明,玻璃纤维能够有效阻止混凝土裂缝的发展,提高钢筋混凝土板的抗爆能力,研究结果可为玻璃纤维加固机理研究及复合结构的抗爆设计提供依据和参考。     

桁架式钢筋混凝土叠合板式墙抗爆性能实验

为研究桁架式叠合板式墙的抗爆性能,进行了2块桁架式叠合板式墙和2块现浇板式墙在多次冲击荷载作用下的对比实验,分析了各试件的破坏过程、变形(刚度)、承载力、强度及裂缝分布形态。结果表明:桁架式叠合板式墙与现浇板式墙相比,爆炸破坏过程相似;爆炸荷载小时,试件处于弹性状态,两者刚度基本一致;开裂后,现浇板式墙比叠合板式墙刚度降低明显快,桁架钢筋能有效抑制裂缝扩展,且试件并未出现剪切破坏。说明桁架式叠合板式墙的整体性能较好,叠合板式墙的抗爆性能优于现浇板式墙。     

非加劲钢板剪力墙的高阶弹性剪切屈曲分析

非加劲钢板剪力墙(SPSW)结构在水平荷载作用下易屈曲,形成主拉压应力场,并以拉力带方式提供水平承载力及抗侧刚度。传统拉杆模型(SM模型)用于非加劲SPSW结构分析或设计时忽略压力场的贡献,一般会低估高厚比较小的非加劲SPSW结构的抗侧能力。非加劲SPSW结构在水平力作用下会形成多波面外变形,与剪力墙板的高阶屈曲相似,可通过在修正的SM模型中引入对应于高阶屈曲的主压应力来反映压力场贡献,提高模型分析精度。考虑剪力墙板高厚比、高宽比及边缘构件刚度的影响,共设计66个单层、单跨和梁柱铰接的非加劲SPSW算例,并进行弹性屈曲分析。分析结果表明,高厚比及边缘构件刚度对非加劲SPSW结构的剪切屈曲系数影响不大;随着剪力墙板高宽比的增加,非加劲SPSW结构的剪切屈曲系数呈增大趋势。采用Matlab程序对66个非加劲SPSW算例的2～5阶剪切屈曲系数结果进行统计分析,并提出了简化公式。     

钢板剪力墙结构的耗能能力

在钢板剪力墙结构(简称SPSW)基于能量的性态抗震设计中,需要合理计算有不同滞回特征构件的滞回耗能.为反映剪力墙板滞回曲线的捏缩特征,本文提出了过程捏缩系数及平均捏缩系数,给出了剪力墙板滞回耗能的计算方法.采用数值方法细致分析1榀梁柱刚接的单层、单跨钢板剪力墙结构的滞回性能及耗能能力,并设计了12榀梁柱铰接的单层、单跨SPSW试件,考察了跨高比及高厚比两个参数对剪力墙板滞回性能的影响,总结了捏缩系数的变化规律,提出了简化计算公式.     

带接头在役混凝土电杆受力性能试验研究

为了揭示在役混凝土电杆连接接头的破坏机理和承载性能,进行了6根两类不同杆长、跨中带钢圈接头的混凝土电杆的抗弯承载力试验,通过试验观察了各试件的受力全过程和破坏形态,获取了弯矩-挠度曲线、裂缝宽度-弯矩曲线、刚度退化规律曲线以及极限弯矩等重要指标.对比分析了两种杆长试件的承载力和刚度变化规律,并通过试验拟合,提出了相关刚度退化规律公式.研究结果表明,试件所具有的破坏形态大多为混凝土拉裂、接头钢圈不屈服,破坏具有明显的脆性;截面的平均应变符合平截面假定;杆长较短试件的极限承载力显著大于较长杆长的试件;裂缝宽度-弯矩曲线大致经历了4个阶段:即未开裂阶段、逐渐增长阶段、稳定发展阶段、快速开裂阶段;杆长较短试件的初始弹性刚度以及弹塑性刚度都比较长杆长试件的大;电杆连接接头的相对刚域范围对杆身受力性能具有极大的影响.     

EXPERIMENTAL STUDY OF SEISMIC PERFORMANCE OF SECTION STEEL-STEEL PLATE CONCRETE COMPOSITE WALL1)

提出一种型钢-钢板混凝土组合墙,为了研究其抗震性能,设计制作该形式的型钢-钢板混凝土组合墙进行拟静力试验。通过改变试件的轴压比、剪跨比,研究其在低周往复载荷作用下的受力机理、滞回性能、刚度退化及耗能能力等。试验结果表明：试件的破坏形态为压弯破坏,组合墙两端方钢管正面及侧面发生撕裂,两侧底部钢板屈曲严重,混凝土压溃;随着轴压比减小,试件具有更好的塑性变形能力和耗能能力,剪跨比对组合墙的抗震性能影响较小。     

接触爆炸作用下高聚物复合板毁伤特性分析

高聚物材料具有成型快和膨胀性能好的特点，该材料与碎石和钢筋的复合结构应用于地基处理和城市道路脱空除险加固，具有明显优势。本文中，设计并制作了高聚物碎石板和钢筋高聚物板，开展了接触爆炸冲击下的试验研究，通过毁伤尺寸和所测冲击波数据探讨了2种板的毁伤特性。基于ANSYS/AUTODYN非线性显式有限元程序，建立了试验中毁伤更严重的钢筋高聚物板的接触爆炸全耦合模型，并通过与试验结果的对比，验证了所建耦合模型的准确性和适用性。参数化分析了钢筋高聚物板对炸药量和板厚的敏感性，并利用多参数非线性回归分析方法，提出了钢筋高聚物板迎爆面和背爆面破坏直径的预测公式。结果表明：接触爆炸作用下，高聚物碎石板的毁伤模式以接触部位的局部震塌冲切破坏为主，除此之还有一些毁伤裂纹；钢筋高聚物板的破坏模式主要是迎爆面爆坑毁伤、背爆面剥落损伤和中心冲切贯穿破坏。高聚物碎石板和钢筋高聚物板对爆炸冲击波都具有良好的衰减作用，有望应用到抗爆炸冲击防护领域。     

高温影响的钢管混凝土柱抗爆性能研究

火灾与爆炸通常相伴发生,对工程结构安全造成了严重威胁。为研究高温下钢管混凝土柱抗爆性能,采用ABAQUS有限元软件建立了ISO 834标准火灾作用下钢管混凝土柱抗爆模型。在验证有限元模型可靠性基础上,首先分析了标准火灾作用下钢管混凝土柱抗爆工作机理;其次重点研究了受火时间、材料强度、含钢率以及爆炸当量对构件在标准火灾下抗爆性能的影响。研究结果表明:火灾作用下两端固结的钢管混凝土柱受爆炸荷载时,柱两端首先发生剪切破坏,随后整体发生受弯破坏;随着受火时间增加,钢管耗能占比降低,混凝土塑性变形逐渐成为主要耗能机制;混凝土强度、爆炸当量与轴压比对钢管混凝土柱高温下抗爆性能影响明显,当混凝土立方体抗压强度从30 MPa增加到50 MPa,常温与受火90 min构件抗爆性能分别提高约21%与42%。