【摘 要】
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近些年来频发的气云爆炸事故严重威胁到了社会的和谐与稳定,造成了巨大的经济损失与人员伤亡,同时使得建筑结构发生严重破坏;防爆墙可以减小建筑结构遭受的爆炸冲击,实现对建筑结构的防护,探究气云爆炸作用下加强钢筋混凝土防爆墙抗爆性能的方案具有重要的现实意义与研究价值。主要的研究工作与创新成果包括以下几个方面:(1)研究总结了气云爆炸的相关理论。针对当前气云爆炸强度相关研究理论中的不足,提出通过损伤准则进行
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近些年来频发的气云爆炸事故严重威胁到了社会的和谐与稳定,造成了巨大的经济损失与人员伤亡,同时使得建筑结构发生严重破坏;防爆墙可以减小建筑结构遭受的爆炸冲击,实现对建筑结构的防护,探究气云爆炸作用下加强钢筋混凝土防爆墙抗爆性能的方案具有重要的现实意义与研究价值。主要的研究工作与创新成果包括以下几个方面:(1)研究总结了气云爆炸的相关理论。针对当前气云爆炸强度相关研究理论中的不足,提出通过损伤准则进行气云爆炸强度研究的新思路。研究了爆炸冲击波对应规律,分析对比了爆炸作用过程中超压峰值、正压作用时间与冲量的经验公式,探究了其存在差异性的原因。(2)设计并进行了不同类型配筋纤维混凝土防爆墙的爆炸试验。基于损伤准则提出更适合可燃气云爆燃强度研究的损伤等效法。依据相似模型、损伤等效法与正交试验方法,对六面不同类型防爆墙试验模型进行制作并设计了对应的爆炸试验,同时确定了测量配筋纤维混凝土防爆墙动态响应与损伤程度的方案。完成了配筋纤维混凝土防爆墙试验模型的材性测试。(3)采用小波滤波处理分析了爆炸试验实测数据。研究结果表明爆炸冲击波的传播速度受到了爆心距、TNT药量与测点竖直分布等因素的影响。爆炸作用下防爆墙墙面超压峰值、钢筋应变峰值、防爆墙加速度峰值分布不均匀。爆炸过程中钢筋应变峰值受到冲击波超压与冲量的共同影响,墙面超压与防爆墙加速度与爆炸比例距离成反相关;竖直方向墙面超压峰值呈下凹弧形分布,研究给出有障碍物的空气爆炸中比例距离与墙面超压峰值的经验公式。纤维的掺加能够有效的提升钢筋混凝土防爆墙的抗弯曲、抗冲击、抗变形与抗爆能力,结构整体性保持良好,BF、GF、SF的掺入对于试件抗爆性能的提升效果愈加显著,纤维体积掺量的增加对钢筋混凝土防爆墙抗爆性能的提升有着积极影响。(4)数值模拟探究了纤维掺量对配筋纤维混凝土防爆墙抗爆性能的影响。利用软件ANSYS/LS-DYNA建立了分离式配筋纤维混凝土防爆墙三维有限元模型,选取ALE技术作为数值分析中爆炸过程的模拟方式,同时考虑了材料的本构模型、应变率效应、结构失效与沙漏效应,借助MATLAB处理纤维在配筋纤维混凝土防爆墙中的随机分布。模型预测结果与实测数据吻合良好,表明建立的配筋纤维混凝土防爆墙三维有限元模型是有效的,能够进行气云爆炸作用下配筋纤维混凝土抗爆性能的研究预测。SF的掺加能够有效加强钢筋混凝土防爆墙的抗爆性能,防爆墙损伤破坏程度减轻,整体性保持完整。随着SF体积掺量的增加,SF的掺入对钢筋混凝土防爆墙抗爆性能的提升效果愈加明显,提升幅度越来越大,考虑到SF体积掺量提升带来的弊端,综合分析认为钢筋混凝土防爆墙强化设计中SF的最佳体积掺量为5%。
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