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%。     

接触爆炸作用下混凝土墩体的易损性研究

为评估柱形装药接触爆炸对混凝土墩体的破坏能力，采用试验与数值模拟相结合的方法研究了接触爆炸作用下混凝土墩体的易损性，提出了用等毁伤曲线和易损面积评估混凝土墩体易损性的方法，得到了接触爆炸作用下墩体顶面和侧面的毁伤区域特征及装药质量和装药放置位置对墩体毁伤的影响规律。通过建立易损面积的计算模型，分别得到了顶面和侧面接触爆炸作用下墩体不同级别毁伤的易损面积随装药质量的变化曲线，在此基础上比较了顶面和侧面接触爆炸时墩体的易损性差异。研究结果表明：接触爆炸作用下，墩体顶面的毁伤区域近似为正方形，其中心与墩体顶面中心重合；墩体侧面的毁伤区域近似为圆角梯形，其中心位于侧面几何中心下方约10 cm处。装药质量在0.5～10.79 kg之间时，侧面接触爆炸更容易破坏墩体。研究成果可为混凝土障碍的破除、破障弹设计及效能评估提供支持和指导。     

单钢板混凝土剪力墙抗爆性能研究

钢板混凝土剪力墙作为一种新型的抗侧力构件，具有良好的耗能能力和抗冲击性能，已逐渐应用于建筑工程结构的抗震和防护结构的抗爆设计。设计了3个试件，分别为普通钢筋混凝土板、单侧钢板混凝土板和夹心钢板混凝土板，开展了钢板混凝土剪力墙的接触爆炸试验，并通过非线性程序LS-DYNA建立了3个钢板混凝土剪力墙试件的数值模型，对比分析了不同试件在接触爆炸作用下的动态响应、破坏模式和抗爆性能。试验和数值分析结果表明:接触爆炸作用下，试验设计的3种试件呈现3种破坏模式；普通钢筋混凝土板中部发生混凝土贯穿破坏，钢筋发生较大弯曲变形；单侧钢板混凝土板由于栓钉拔出发生钢板和混凝土分离，丧失整体性和继续承载能力；夹心钢板混凝土板发生上层混凝土压碎，夹心钢板、上层和下层混凝土板连接性能较强，整体性较好，具有继续承载的能力，且夹心钢板混凝土板跨中挠度和混凝土碎块飞溅距离较小。单侧钢板混凝土板和夹心钢板混凝土板配置钢筋网可以显著增强混凝土层和钢板的连接性能，有效减小上下层混凝土的碎裂和剥落，增强其整体性和抗爆性能。     

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。     

侵彻爆炸作用下钢纤维混凝土结构的破坏模式

基于大口径发射平台进行了155 mm杀伤爆破榴弹毁伤钢纤维混凝土结构的试验,得到了打击不同位置时结构的破坏情况;结合LS-DYNA数值模拟,分析了不同打击位置和不同命中速度下钢纤维混凝土结构的毁伤效应,讨论了侵彻与爆炸联合作用下钢纤维混凝土结构的损伤过程和破坏模式。结果表明：钢纤维混凝土结构在155 mm榴弹作用下,配置钢筋的顶板和侧墙发生较轻的爆炸成坑破坏,无配筋的前墙发生严重的爆炸震塌破坏。SPG (smooth particle Galerkin method)-结构化ALE (arbitrary Lagrange-Euler)(S-ALE)流固耦合算法能够有效预测钢筋混凝土结构在侵彻和爆炸共同作用下的损伤发展过程和破坏模式。大口径弹体侵彻有限边界靶的加速度时程曲线特征为突增骤减单峰值形式,弹体速度呈现先快速降低后缓慢减小的特征;靶标在基于侵彻损伤的爆炸作用下,主要破坏模式为混凝土块大量崩塌和裂缝的生长,且随着侵彻速度的增加,爆炸造成的毁伤由局部破坏向结构整体破坏发展;混凝土破碎区内,垂直于弹体的钢筋在侵彻作用下达到屈服,板顶和板底的钢筋在爆炸后达到屈服。     

梁柱不同混凝土强度的高层框架节点试验和有限元分析

高层框架结构设计时，梁板与柱常常会采用不同的混凝土强度等级，柱的混凝土强度等级往往高于梁板。对于梁柱的节点，一般多采用与柱相同的强度等级，这给施工带来很大麻烦，如果采用与梁板相同强度等级混凝土时。虽然方便了施工，但降低了节点的抗震性能。本文的研究是通过对此类节点采取加强措施，以弥补混凝土强度等级降低的不利影响。通过节点模型试验，研究其受力性能及破坏机理，验证加强措施的有效性。并在试验研究的基础上，用有限元方法对受力复杂的节点进行分析，结果表明节点区混凝土存在应力集中和应力扩散现象以及存在混凝土侧向受拉的现象．证实了梁加腋和增设X型钢筋后节点受力性能得到了改善和加强。这些研究成果对目前高层建筑梁柱节点采用不同混凝土强度等级的设计、施工提供了有益的参考。     

混凝土重力坝爆炸荷载数值分析及抗爆性能研究

利用LS-DYNA非线性有限元程序,基于Eulerian和Lagrangian耦合的方法,研究了RHT本构模型模拟的混凝土板在爆炸荷载下的动力反应,并且将数值结果与现场实验结果进行比较,由此说明了RHT本构模型模拟爆炸荷载下混凝土动力反应的有效性。研究了2 t TNT炸药在距离坝体上游面10 m不同起爆深度的情况下,有泡沫混凝土保护层和无泡沫混凝土保护层的坝体动力响应及其损伤状况。计算结果表明,无泡沫混凝土保护层时,坝体上游面主要损伤区域位置总是随起爆深度的增加向坝体底部移动;当上游表面有泡沫混凝土保护层时,坝体上游表面的损伤明显变小,下游面的损伤较无保护层情况也明显减小。表明泡沫混凝土能够有效减小混凝土大坝在爆炸荷载下的损伤,在提高混凝土大坝的抗爆性能方面起到很好的保护作用。     

变刚度梁弯曲解析解在桥面板中的应用

针对新型连续窄幅钢箱梁-混凝土组合桥梁,研究了该桥型桥梁的桥面板拉应力控制方法与措施．将该桥型组合桥梁等效为可变刚度的Euler梁,给出任意横向荷载作用下变刚度梁的静力弯曲解析通解,并得到三跨连续阶梯型变刚度梁变形及其内力分布特征．在此基础上,以三跨连续窄幅钢箱梁-混凝土组合桥梁为研究对象,考虑下部钢箱梁与上部混凝土桥面板完全剪力连接,通过改变负弯矩区钢箱梁壁厚、内部充填混凝土的强度、长度与高度等参数,分析得到可有效控制桥面板拉应力的关键因素．结果显示：在负弯矩区段内的钢箱梁内部充填混凝土对控制该区域混凝土桥面板拉应力效果明显,但混凝土强度影响较弱．混凝土桥面板开裂区域随钢箱梁中充填混凝土长度的增加而减少,但桥面板顶部拉应力会随混凝土充填高度的增加呈现先减小后增大的趋势,在充填高度为箱梁内部净高的20 %~30 %左右时效果较为显著,此时经济效益最佳．     

基于细观尺度的混凝土单轴力学性能仿真计算分析

基于细观力学建立了混凝土的2D随机骨料模型,应用塑性损伤本构模型,模拟了混凝土在单轴拉伸和压缩载荷下的力学性能和裂纹的萌生扩展。通过变参数分析,研究了粗骨料形状和面积分数、界面性能以及孔隙率等混凝土多相特征对应力-应变关系的影响。数值研究表明:粗骨料形状对混凝土拉压强度影响很小;粗骨料面积分数、界面性能和孔隙率是控制混凝土宏观响应的重要参数。研究发现:随粗骨料面积分数增加,混凝土拉压强度均表现出先减小后增大的变化趋势;而界面性能对混凝土的强度有重要影响,混凝土拉压强度随界面性能的增大而单调增加;孔隙率愈高,混凝土的拉压强度损失愈显著。     

大体积混凝土水下接触爆炸破坏分区特征分析

为探究大体积混凝土水下接触爆炸破坏分区特征,基于水中爆炸冲击波与混凝土的相互作用过程分析,建立了综合考虑爆炸冲击波冲击破碎和爆轰产物准静态压拉致裂机制的混凝土爆炸破坏分区计算方法,并与有限元数值模拟和试验实测数据开展对比验证。结果表明：与空中接触爆炸相比,水对爆轰产物膨胀起抑制作用,使得爆炸荷载持时增加、作用于周围介质的冲量增大;采用建议的环向压碎判据计算破碎区,并将开裂区分为动态压裂、准静态压裂和准静态拉裂区的计算方法能够很好地预测混凝土水下接触爆炸破坏分区范围;炸药类型和起爆水深一定时,混凝土的抗拉强度和抗压强度比对开裂区范围起重要影响。     

P波作用下衬砌混凝土的爆破安全振动速度研究

隧洞爆破开挖诱发的爆破地震会对邻近的衬砌混凝土产生不利影响,利用应力波(P波)在混凝土与基岩结合面处的透、反射规律研究结合面处的应力状态,并通过结合面的抗拉强度分析,提出了一种确定衬砌混凝土安全振动速度的理论计算方法。计算结果表明,新浇筑衬砌混凝土极限振动速度随着基岩弹模的增大而降低,而爆破地震波频率的影响非常有限。我国现行采用的新浇筑大体积混凝土基础面上的爆破安全振动速度有一定的安全储备。     

高瓦斯低透气性煤层聚能爆破增透机制

为解决常规爆破增透煤层过程中煤体粉碎严重而裂隙发育不佳的难题,进行了聚能爆破煤层增透技术研究。开展了聚能爆破与常规爆破的混凝土致裂实验,对比分析了爆破后混凝土裂隙开裂程度,同时利用超动态应变仪采集了应变砖应变随时间变化的数据。利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟再现了聚能罩压垮运移、聚能射流侵彻混凝土的过程,对比分析了聚能爆破与常规爆破应力波传播特征及内部裂隙扩展过程。最后在平煤十矿进行了聚能爆破与常规爆破的煤层增透试验,对比了爆破后抽采孔瓦斯的体积分数。研究结果表明：聚能爆破后,聚能方向上混凝土的裂纹宽度为1.1 cm,垂直聚能方向上混凝土的裂纹宽度为0.4 cm,而常规爆破后混凝土形成的4条主裂纹的宽度均为约0.3 cm。数值模拟结果显示：聚能爆破混凝土的粉碎区呈“哑铃型”,常规爆破混凝土的粉碎区呈圆形,且聚能爆破混凝土的粉碎区面积小于常规爆破的;而裂隙区呈“纺锤型”,且聚能爆破混凝土的裂隙区面积大于常规爆破的,说明聚能爆破技术可有效解决爆破增透过程中煤体粉碎区严重而裂隙区发育不佳的难题,更有利于致裂增透高瓦斯低透气性煤层。现场试验结果同样显示聚能爆破后瓦斯抽采浓度明显高于常规爆...     

高温热效应对复合锂基润滑脂性能影响规律研究

作者在本文中主要研究了热效应对复合锂基润滑脂基础脂以及含有二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)的复合锂基润滑脂微观结构、润滑性能以及流变学性能的影响规律. 复合锂基润滑脂经120和150 ℃恒温热处理24 h后,对其外观、红外光谱、边界润滑性能、弹流润滑性能和流变学性能进行了测试. 研究结果表明:120 ℃热处理对复合锂基润滑脂性能影响较小,但基础脂以及含有抗磨添加剂的润滑脂在经历150 ℃热处理后,增稠剂纤维结构变得更为松散,发生明显断裂、网状结构严重破坏,在150 ℃下含有添加剂的复合锂润滑脂的结构强度和触变性明显变差. 上述研究表明,高温条件下的热效应对润滑脂微观结构破坏更大,更容易造成润滑脂性能的显著变化.      

爆破冲击对早龄期混凝土强度影响的实验研究

以某大型全碎石填方机场工程为背景,针对早龄期混凝土受爆破振动损伤开展了实验研究。通过室内实验模拟场地爆破振动作用于早龄期混凝土试块,测量了不同龄期混凝土受振损伤后的强度。并将实验结果与有限元数值计算和现场爆破场地测试数据相结合,分析了早龄期混凝土损伤后的强度增长规律,建立了场地爆破与混凝土结构浇筑平行施工的安全技术指标。     

喷水冷却对聚丙烯纤维混凝土高温后力学性能的影响

通过进行高温后不同冷却条件下（自然冷却和喷水冷却）聚丙烯纤维混凝土与普通混凝土的力学试验,分析了温度和冷却方式对聚丙烯纤维混凝土的质量损失、单轴抗压强度、峰值应变、杨氏模量和显微结构等性能的影响．试验结果表明,随着温度的升高,混凝土的弹性模量与抗压强度都呈下降趋势．聚丙烯纤维混凝土在经历高温后内部纤维熔化,留下大量空隙,使得混凝土高温后的力学性能进一步恶化．通过显微镜观察到,喷水冷却下的混凝土试件中产生大量的裂缝,内部结构更加疏松．此外,通过对试验数据的统计分析,建立了在不同冷却条件下,聚丙烯纤维混凝土的相对抗压强度和杨氏模量随温度变化的关系式．     

高耸建筑物定向爆破倾倒时的后座及其对策

高耸建筑物定向爆破倾倒时,对周围保留建筑物、设施等的安全性产生影响的危害效应之一是后座问题。研究和探讨后座现象以及提出预防措施,对高耸建筑物在有限坍塌范围的复杂环境中,爆破拆除时安全性预测及合理选择爆破参数、确保良好的爆破效果将有很大帮助。本文通过对不同类型的高耸建筑物。文中分为两类:一类是筒式支撑的烟囱、水塔等;另一类是钢筋混凝土框架结构或砖混楼房、框架支撑的水塔等)在定向爆破倾倒过程中个同阶段的力学分析,较全面地讨论了后座产生的原因、现象及可能出现的后座范围。     

新浇筑基础混凝土爆破安全震动速度的确定

针对以往完全依据工程经验来确定新浇筑混凝土爆破安全震动速度这一现状 ,通过爆破地震波(Rayleigh波 )作用下的新浇筑基础混凝土中的震动速度及动拉应变的分布计算并结合不同龄期下新浇筑混凝土的允许极限拉应变分析 ,提出了一种确定新浇筑基础混凝土安全震动速度的理论计算方法。理论分析结果和计算实例表明 ,所提出的理论计算方法是合理可行的 ,新浇筑基础混凝土的极限震动速度随混凝土龄期的缩短及基岩对新浇筑混凝土的基础约束程度的提高而降低。我国现行采用的新浇筑大体积混凝土基础面上的质点安全震动速度具有较大的安全储备。     

粉质黏土层预埋承插式混凝土管道对爆破振动的动力响应

为合理评价临近爆破施工振动作用对预埋在粉质黏土层承插式混凝土管道的影响,通过现场预埋多管节全尺寸管道的爆破试验,结合DH5956动态应变及TC-4850爆破振动等测试系统,研究了爆破振动作用下承插式混凝土管道动力响应特征,分析了管道管身及承插口动应变及振动速度空间分布规律;基于承插口允许转角规范及管身动态拉应变破坏准则,提出了承插式混凝土管道爆破振动速度安全判据。研究结果表明:爆破振动作用下管道管身及承插口之间存在不协调响应特征;爆破振动作用下管道承插口为管道最薄弱位置,爆破振动对承插式混凝土管道的影响应重点考虑承插口的失效;承插式混凝土管道爆破振动速度控制阈值为5 cm/s,结果可对类似地层中承插式埋地混凝土管道的保护起指导作用。     

混凝土板爆破作用数值分析

混凝土板是爆破拆除经常遇到的爆破对象,是建筑物的基本构件．爆炸应力波峰值随距离衰减是工程爆破参数设计的理论依据之一．通过数值计算,研究爆炸应力波峰值随距离的衰减规律．研究结果表明,与无限混凝土介质相比,爆炸应力波峰值在混凝土板中衰减较快．应力波峰值的衰减指数随装药量增大而减小,衰减指数的变化率也随装药量的增大而减小．     

筒形建筑物爆破拆除的失稳原理及其参数分析

筒形建筑物爆破拆除参数的选取直接影响到建筑物倾倒的失稳过程、影响到建筑物倾倒时对地面的冲击作用,而建筑物对地面的冲击作用恰恰是爆破拆除应该控制的一个基本因素。本文阐述了筒形建筑物爆破拆除的物理过程,并由此导出最佳爆破参数。对于强度高、厚度大的建筑物,切口长度不宜小于圆周长度的60％,一般必须大于圆周长度的50％。切口长度的大小取决于建筑物的强度、密度和几何尺寸。本文最后讨论了烟囱爆破拆除对地面冲击作用问题,并提出冲量的最小值与烟囱的材料和几何尺寸有关。