钢-混凝土组合墙板抗接触爆炸性能试验及数值研究

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近年来,国内外意外爆炸事故频发,爆炸事故对建筑物造成严重破坏甚至倒塌,开展建筑结构的抗爆性能研究,提升其抗爆能力迫在眉睫。墙板作为结构的重要受力构件,同时由于其较大的尺寸,极易在爆炸荷载下发生破坏。爆炸作用下传统的钢筋混凝土板的抗爆性能存在不足,反映了其防护能力的局限性。因此,提出和研究新型结构在爆炸荷载作用下的破坏机理及其抗爆性能,对于提高建筑物抗爆能力,提升结构的安全性,具有十分重要的研究意义和价值。钢-混凝土组合板是一种新型的组合结构,与传统钢筋混凝土板相比具有抗剪强度高、延性大、耗能能力强等特点,目前已经被广泛应用于高层及超高层建筑。按结构形式,钢-混凝体组合板可分为单侧钢-混凝土(SC)组合板,混凝土-钢-混凝土(CSC)组合板,钢-混凝土-钢(SCS)组合板。然而,目前钢-混凝土组合板的抗爆性能尚未得到充分研究和揭示。本文针对三种形式的钢-混凝土组合板,以其在接触爆炸作用下的动态响应和损伤分析为基础,探讨分析了炸药量、混凝土强度、钢板厚度、连接件尺寸等参数对组合板抗爆性能的影响规律,给出了钢-混凝土组合板抗爆性能的简化计算公式。本文的主要研究工作如下:(1)设计并制作3块缩尺的单侧钢-混凝土(SC)组合板,混凝土-钢-混凝土(CSC)组合板和钢-混凝土-钢(SCS)组合板,开展3块组合板和1块普通钢筋混凝土板在接触爆炸荷载下的试验研究,通过损伤分析、板底测点位移及加速度对比、跨中最大挠度对比分析组合板的抗爆性能。(2)基于ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序对3种形式钢-混凝土组合板进行数值分析,研究了钢-混凝土组合板的损伤模式、跨中最大挠度和测点峰值加速度等,并与试验结果进行了对比分析,验证了有限元分析模型的准确性和适用性。(3)利用数值方法研究了炸药量、混凝土强度、钢板厚度和连接件尺寸等参数对钢-混凝土组合板抗爆性能影响规律。结果表明:提高混凝土强度可以降低结构的塑性损伤;增加钢板厚度可以有效降低组合板的跨中最大挠度,但这种现象在单侧钢-混凝土中不明显;连接件长度的增加可以减小钢板与混凝土板的分离现象,单侧钢-混凝土组合板尤为显著。(4)基于参数分析得到的药量-钢板厚度-跨中挠度数据,通过多元非线性回归分析得到了三种形式组合板的跨中挠度经验公式,结果表明拟合公式较为准确地预测爆炸作用下组合板的跨中挠度。
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