钢梁作为主要承重结构之一,在钢结构中起着至关重要的作用。在生产和施工安装的过程中,钢梁可能会出现划痕、微小裂纹和微孔洞等缺陷。与普通钢梁相比,含微观缺陷的钢梁会在一定程度上影响钢梁的承载能力及其应力分布,从而影响整个钢结构的力学性能。目前,国内外关于钢梁的研究重点仍然集中于静载荷作用下钢梁力学性能研究。部分研究者也开展了动荷载作用(爆炸荷载、地震荷载等)下普通钢梁的动力学性能研究,在试验及理论有了一定成果。研究方法主要包括试验研究和数值模拟研究。但是,鲜有学者开展对于爆炸冲击作用下的存在微缺陷的钢梁的动力学性能研究。鉴于爆炸冲击作用对钢结构的破坏程度较大,近些年给社会带来了极大的经济损失,同时也对社会公民造成了极大的人生安全威胁,甚至因此付出了生命的代价。基于此,本文拟对含微观缺陷的钢梁在爆炸荷载作用下的动力响应及其加固问题开展相关的研究,以期对在爆炸荷载作用下含微观缺陷的钢梁的力学性能进行合理预测,并为钢结构的抗爆加固设计提供一定的理论帮助。本文以有限元模拟软件ANSYS/LS-DYNA为主要工具,首先以近地爆炸冲击波特性理论为基础,数值模拟研究了TNT炸药空爆时,在混凝土地面上形成爆炸冲击波的三波点运动轨迹,并初步揭示爆高、药量和炸药尺寸效应等对近地爆炸冲击波的三波点高度的影响;第二,以爆炸荷载作用下普通钢梁的试验研究成果为基础,验证了数值模拟方法研究钢梁的动力学性能的合理性和有效性;第三,对普通钢梁、含缺陷钢梁和加固后的钢梁进行一系列的数值模拟研究,探讨在不同情况下钢梁的破坏形态及动力响应,其中,对普通钢梁的研究主要是考察爆炸荷载作用,对缺陷钢梁研究时考虑了温度场和爆炸场的耦合作用,至于钢梁的加固研究,主要涉及钢板加固和CFRP加固两种模式。主要得到如下结论:(1)在爆炸场中,爆炸冲击波以炸药为中心向四周传播,三波点轨迹的高度均呈现逐渐增高的变化趋势。不论改变炸药的药量还是炸高,三波点高度的增速在中场(4.0~7.0 m)都较缓,而进入远场(>7.0 m)增速骤增。当炸药的炸高和药量相同,炸药形状不同时,圆柱状炸药在中场爆炸形成的三波点高度比长方体炸药略高,且高度增速都较缓;而在远场三波点的高度基本相等,且增速急剧上升,趋于定值。与炸药形状的影响相比,炸高和药量对TNT炸药爆炸冲击波的三波点高度的影响较大。(2)钢梁在遇到爆炸冲击波时会出现明显的透射和反射现象。爆炸冲击波作用在钢梁上方时先接触到钢梁的上翼缘,爆炸冲击波同时发生透射和反射,作用在钢梁上的超压峰值会显著升高。由于钢梁的上翼缘为受压区域,下翼缘为受拉区域,当冲击波逐渐传递至下翼缘时,导致钢梁出现弯曲破坏。(3)当温度场和爆炸场共同作用在跨中含有微裂纹的钢梁时,随着裂纹宽度的增加,跨中最大挠度也随之增大,达到一定值后钢梁会完全断裂。当裂纹位于钢梁腹板1/2处时,裂纹宽度为1mm到10mm时,钢梁跨中位移最大值基本上成线性变化;当裂纹位于钢梁翼缘1/2处时,相比较于裂纹位于钢梁腹板跨中时更易断裂,且随着裂纹宽度的增加,跨中位移的增速也随之变大。(4)在温度场和爆炸场共同作用下,且爆炸荷载施加在钢梁跨中正上方,裂纹位于腹板且远离跨中区域时,裂纹位置对钢梁的抗爆防爆性能有较大影响,钢梁的承载力有明显增加。当裂纹位于上翼缘时,裂纹即使离跨中一定距离对钢梁的承载能力没有显著影响。即当裂纹出现在钢梁翼缘时,裂纹对钢梁的抗爆性能有较大的影响。(5)在温度场和爆炸场共同作用下,起爆点及炸药当量一样时,当裂纹位于钢梁不同位置时会发生不同的破坏形态。裂纹位于钢梁翼缘时,发生弯曲破坏,当裂纹位于钢梁腹板上时,钢梁发生弯剪破坏。(6)在温度场和爆炸场共同作用下,钢梁中裂纹处于腹板一侧时,钢板加固位置位于腹板时加固效果最理想,对裂纹钢梁的整体性、刚度及抗爆性能提升最明显。同等情况下,钢板加固的效果要优于CFRP加固的效果。