论文部分内容阅读
近年来,意外爆炸事故和世界各地恐怖爆炸袭击事件频发,爆炸事故将威胁城市中建筑物的安全,对社会影响极大。因此,建筑物的抗爆防爆设计备受关注。钢筋混凝土柱作为钢筋混凝土结构中重要的受力构件,是建筑结构抗爆减灾必须考虑的重要方面,为了提高已建建筑物中柱等关键构件的抗爆性能,采用抗爆加固的方式是有效途径之一。为了探索不同抗爆加固措施的抗爆加固效果,本文设计制作了普通钢筋混凝土柱,高强钢绞线-聚合物砂浆、粘贴钢板以及钢带加固柱试件,对其进行了不同比例距离下的野外爆炸试验,对比分析了钢筋混凝土柱的破坏形态、裂缝发展等试验现象及规律,并且探究了钢筋的应变时程曲线、位移时程曲线等动态响应特性,还考虑了聚合物砂浆强度、高强钢绞线间距及钢板厚度等加固参数,揭示了不同抗爆加固措施的抗爆加固机理。之后,基于钢筋混凝土柱的承载力及爆炸后的剩余承载力试验,提出了加固柱构件的损伤评估方法。同时,利用LS-DYNA有限元显式动力分析软件,进一步地揭示了爆炸荷载作用下加固柱的破坏机理及破坏特点。具体研究结果如下:(1)粘贴钢板加固方式能有效地减少背爆面混凝土的震塌破坏及混凝土碎块飞散,并且提高了原有钢筋混凝土柱抵抗破坏和变形的能力,特别体现在位移响应上。但该加固方式存在加固层和原钢筋混凝土结构分离现象,而且对内部钢筋的应变响应影响较小。(2)高强钢绞线-聚合物砂浆加固措施大幅度地减少了钢筋变形以及柱中部侧向变形,从而使原有钢筋混凝土柱所能承受爆炸效应的能力显著增强。同时,在遭受爆炸冲击损伤后,加固柱仍能保持较高的剩余承载力值。另外,在未受损构件的静力承载力试验中,加固柱的破坏特征发生了改变,大幅提高了原有钢筋混凝土柱的极限承载力。(3)采用高强钢绞线-聚合物砂浆加固后,钢筋混凝土柱的损伤程度显著减少,并且砂浆强度、钢绞线间距等不同加固参数会影响其损伤程度。随着聚合物砂浆强度的增加和高强钢绞线间距的减小,加固柱的损伤度逐渐降低,前者的变化幅度尤为明显,其破坏程度发生了质的变化,从中度损伤降低为轻度损伤。(4)通过钢带加固后,由于钢带对混凝土起到一定的约束作用,钢筋混凝土柱的抗爆能力得到提高,但在钢筋应变和位移的动态响应上效果不显著。另外,在剩余承载力试验研究中,加固柱虽然能够提高试件的剩余承载力以及防止钢筋压屈,但效果远不及高强钢绞线-聚合物砂浆加固柱。将两者加固方式共同使用,其抗爆加固效果更为明显。(5)基于野外爆炸试验模型,利用LS-DYNA有限元显式动力分析软件建立了未加固柱的数值模型,并验证了数值模型的有效性和可靠性,同时对比分析了试件的破坏现象及位移动态响应规律,进一步证实了野外爆炸试验中得出的结论。