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爆炸荷载下钢筋混凝土梁的变形和破坏

归档日期:06-03       文本归类:爆炸荷载      文章编辑:爱尚语录

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  第35卷第2期 2015年3月 爆炸与 冲击 V01.35,NO.2 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Mar.,2015 爆炸荷载下钢筋混凝土梁的变形和破坏。 李猛深1’2,李 杰2“,李 宏1,施存程4,张 宁2 (1.沈阳军区司令部工程科研设计所,辽宁沈阳110162; 2.解放军理工大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室,江苏南京210007; 3.南京理工大学机械工程学院,江苏南京210009; 4.第二炮兵指挥学院,湖北武汉430012) 摘要:利用爆炸压力模拟器进行钢筋混凝土简支梁爆炸冲击实验,详细介绍了实验设计,通过实验系统 分析了钢筋混凝土(RC)梁变形破坏特征以及钢筋作用机理和对变形破坏的影响,并建立了RC梁的分离式 有限元模型,利用LS-DYNA分析了实验过程,对计算结果与实验结果进行了比较,分析了误差产生的原因, 得到了爆炸冲击荷载作用下RC梁的损伤破坏特征和机理,可为毁伤评估和结构抗爆设计提供参考。 关键词:爆炸力学;破坏特征;有限元;钢筋混凝土梁;爆炸荷载 中图分类号:0383.2 国标学科代码:1303520 文献标志码:A 恐怖活动以及生活、生产事故,都可使建筑物遭受偶然性爆炸作用n],造成重大经济损失和人员伤 亡。例如:1995年,美国Oklahoma市联邦大楼案,爆炸造成大楼倒塌,168人死亡;2007年, 我国山西大同市居民楼爆炸事故,造成4间房屋坍塌,9人伤亡。 钢筋混凝土(RC)结构主要由梁、板、柱等构件组成,研究RC梁在爆炸冲击条件下的破坏模式和抗 爆性能,对于提高钢筋混凝土结构的抗爆安全性具有重要的理论意义和工程价值心]。 钢筋混凝土属于典型非均匀介质,爆炸荷载下,高温高压气体与材料发生强烈的动态流固耦合,应 力波在构件中的传播、折射和反射,使其处于复杂应力状态。由于理论分析的困难,常采用实验和数值 方法进行研究。 陈肇元[33使用“C一3”快速加载实验机,对钢筋混凝土梁、柱、迭合板构件进行爆炸曲线形式加载,获 得快速变形下构件的开裂破损形态,考察了快速加载对构件的最大抗力、延性等方面的影响。张想柏 等[4。进行了有限厚度钢筋混凝土板接触爆炸实验,依据现场实验归纳出爆炸成坑、爆炸震塌、爆炸贯穿 和爆炸冲切形态。匡志平等∞3对3根两端铰接低配箍钢筋混凝土梁在爆炸荷载下的力学性能进行实验 研究,分析了梁的裂缝、应变和挠度变化情况等。 物理实验需要耗费大量人力财力,但能提供的信息有限。数值模拟则为钢筋混凝土构件受力性能 研究提供了一种有力的分析工具。数值模拟中有限元法较为成熟,其基本思想是对结构先离散再综合, 基于材料本构关系、平衡方程和变形协调这3个基本条件解决问题。例如:T.Krauthammer等[6。73基于 Timoshenko梁理论,考虑了钢筋和混凝土的材料非线性和应变率效应、反复加载效应以及合理的结构 行为,提出了钢筋混凝土梁板结构在均布爆炸荷载下动态响应的简化数值分析方法。方秦等凹‘1叩在上 述的梁理论基础上,采用非线性分层梁有限元法和有限差分法分析了钢筋混凝土梁和钢板与钢筋混凝 土组合梁的动力响应和弯曲、弯剪及剪切破坏等破坏模式。M.Barbato[1¨提出了一种简单高效的二维 有限元模拟方法,能够准确预测FRP加固的钢筋混凝土梁的抗爆承载力。 本文中,采用实验分析和数值计算相结合的方法,分析爆炸冲击荷载作用下钢筋混凝土梁的损伤机 理和破坏特征,以期为毁伤评估和结构抗爆设计提供参考。 *收稿日期:2013—07一10;修回日期:2014一01—15 基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目(51308543);中国博士后科学基金项目(2014M552688) 第一作者:李猛深(1984一),男,博士,工程师;通讯作者:李杰,lijierf@163.com。 万方数据

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