【摘 要】
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武器对各类重要工程目标的精确打击以及爆炸恐怖袭击使得建筑结构遭受炸药接触或近区爆炸作用概率日益增加,此外,工业生活偶然爆炸事故也对钢筋混凝土结构建筑物的安全带来威胁。接触或近区爆炸冲击波压力高、破坏力强,容易造成结构严重的局部毁伤,导致构件承载力大幅下降甚至建筑物连续倒塌。因此,钢筋混凝土建筑结构的抗爆防护能力极其重要。本文以典型工程尺度钢筋混凝土梁为研究对象,采用试验研究与数值模拟相结合的方法,
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武器对各类重要工程目标的精确打击以及爆炸恐怖袭击使得建筑结构遭受炸药接触或近区爆炸作用概率日益增加,此外,工业生活偶然爆炸事故也对钢筋混凝土结构建筑物的安全带来威胁。接触或近区爆炸冲击波压力高、破坏力强,容易造成结构严重的局部毁伤,导致构件承载力大幅下降甚至建筑物连续倒塌。因此,钢筋混凝土建筑结构的抗爆防护能力极其重要。本文以典型工程尺度钢筋混凝土梁为研究对象,采用试验研究与数值模拟相结合的方法,研究了不同TNT当量接触爆炸下钢筋混凝土梁的毁伤规律与抗爆性能,以期在抗爆优化设计和结构毁伤评估的工程应用提供参考。主要研究工作和成果如下:（1）钢筋混凝土梁接触爆炸化爆试验研究。设计并制作了4根C30强度等级典型工程尺度钢筋混凝土原型梁,进行了4kg、6kg、8kg、16kg四种TNT装药的接触爆炸试验,获得了梁的局部和整体破坏特征及变形和空气超压数据。研究表明,接触爆炸作用下RC梁将发生正面成坑、侧面崩落、背面震塌、截面冲切等4种局部破坏模式;爆坑深度、震塌长度或震塌厚度、表面毁伤面积以及受压区纵筋变形均等均与装药量立方根近似呈线性增加关系。（2）接触爆炸下钢筋混凝土梁毁伤响应机理分析。建立了包含空气、炸药和结构的流固耦合数值模型,在与试验结果的对比验证基础上,研究了梁的损伤破坏与变形响应机理。研究表明,梁面爆炸荷载主要集中在爆点区;梁变形毁伤响应包括爆炸作用时的瞬态变形阶段和爆后稳态变形阶段,局部毁伤发生在瞬态阶段,呈先开坑、后层裂、再震塌发展过程,大装药时开坑与震塌几乎同时完成,表现为截面冲切;整体破坏主要发生在稳态阶段,变形程度受局部毁伤程度影响。（3）钢筋混凝土梁接触爆炸变形毁伤评估研究。开展了11种工况模拟计算,结合试验进行了接触爆炸下钢筋混凝土梁的局部毁伤和整体毁伤响应系统分析。研究表明,当H/Q1/3＜0.39时,梁将产生震塌破坏,当H/Q1/3＜0.256时,梁会发生贯穿破坏;梁局部毁伤可采用比例装药量判据,划分为轻度(Q1/3/H＜2.56)、中度(2.56＜Q1/3/H≦2.86)、重度(2.86＜Q1/3/H≦3.90)和严重(Q1/3/H＞3.90)4个毁伤等级;整体损伤可采用支座转角限值划分为轻度损伤（θ＜2°）、中度损伤（2°＜θ＜4°）、重度损伤（4°＜θ＜6°）和倒塌（θ＞6°）。（4）钢筋加固评估分析。设计了四种钢筋加固方案,分析不同加固方式对钢筋混凝土梁接触爆炸下毁伤的影响。结果表明:震塌层裂破坏与受拉区纵筋疏密程度、配筋方式和梁箍筋加密程度密切相关,抗爆设计时在一定条件下要充分考虑增强腹部配筋方式以减小震塌效果。
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