涂覆聚脲砌体墙冲击响应特性研究

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砖砌体墙有较好的承重、保温、隔声等性能,被广泛应用于工业和民用建筑的承重和围护领域。它是典型的脆性构件,在爆炸荷载下,砖砌体墙破碎形成大量具有杀伤力的碎片,对室内人员和财产形成较大的威胁。为了解决这一问题,安全防护领域的研究者们提出了在砖砌体墙表面涂覆新型材料来提升结构抗爆性能的方法,而聚脲弹性体(Spray Polyurea Elastomer,简称SPUA)因其良好的力学性能和成熟的喷涂工艺,得到了研究者们的青睐。为研究SPUA加固砖砌体墙的抗爆性能,以建筑中常见的墙体厚度分别为365mm(三七墙)和240mm(二四墙)的砖砌体墙为基体,通过理论计算、数值模拟与试验验证三者相结合的方法,分别对未加固、被加固的砖砌墙的破坏现象及响应参数进行了分析研究。(1)根据接触爆炸荷载作用下墙体结构响应的理论计算方法,计算了接触爆炸下三七墙和二四墙的临界贯穿药量分别为1.19kg和0.19kg,同时分析了墙体结构在不同强度接触爆炸荷载下的爆坑直径。(2)通过理论计算、数值模拟与试验验证三者相结合的手段,分析了接触爆炸下未加固的砖砌体墙的破坏现象及响应参数,研究不同强度荷载下未加固的三七墙和二四墙的破坏极限、破坏模式和破坏机理,结果表明:在接触爆炸下,当TNT炸药的质量较小时,砖砌体墙的破坏形式主要体现在中央爆坑、贯穿孔以及水平、竖直方向的十字形裂纹上的形成上,当药量较大时,炸药对砌体墙的破坏逐渐向四周尤其是四周的灰缝扩散,同时,背爆面的层裂和崩落也显著增加,爆炸荷载的能量依靠飞溅墙体碎片、偏转、移动墙体来释放。(3)采用数值模拟与试验验证两者相结合的方法,分析接触爆炸下喷涂聚脲加固砖砌体墙的破坏现象及响应参数,研究不同喷涂方式加固的三七墙和二四墙在一定强度的接触爆炸荷载下的破坏模式、破坏机理,结果表明:对砖砌体墙进行双面喷涂聚脲加固能有效提高墙体的支撑性和整体性,一定程度上抵御接触爆炸荷载带来的破坏和损伤,且能抑制结构飞行碎片对周围人员及设备的伤害。但是单纯地增加背爆面聚脲层厚度并不能实现抗爆效果的大幅增长,对三七墙来说,当迎爆面聚脲加固层厚度为6mm时,其背爆面加固厚度取2mm较为合适;对二四墙来说,当迎爆面聚脲加固层厚度为6mm时,其背爆面加固厚度取4mm较为合适。
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