高强钢筋混凝土单向板在非接触爆炸下的抗爆性能研究.docxVIP

? ? 高强钢筋混凝土单向板在非接触爆炸下的抗爆性能研究 ? ? 汪 维 ,朱谢梅 ,李 磊 ,何 翔 （1.宁波大学 冲击与安全工程教育部重点实验室,浙江 宁波 315211;2.军事科学院 国防工程研究院,河南 洛阳 471023;3.河南省特种防护材料重点实验室,河南 洛阳 471023） 桥梁是交通运输的重要组成部分,桥梁结构在爆炸作用下会发生破坏甚至坍塌,造成巨大的经济损失和人员伤亡.钢筋混凝土单向板在桥梁的设计中使用广泛,其抗爆性能对于桥梁爆炸事故分析和桥梁抗爆设计方面有重要作用. 目前,国内外的研究主要集中于钢筋混凝土双向板抗爆性能的数值分析和试验研究.卢红标等[1]通过高强RC 板与普通RC 板的对比试验,分析了两种板在非接触爆炸下的动态响应和破坏形态,对比得出高强RC 板有更强的抗爆性能.陈万祥等[2]对高强RC 板在不同配筋率下的抗爆性能进行试验,研究了配筋率对位移、加速度等动力响应的影响,发现高配筋率的RC 板刚度更强.侯小伟等[3]利用数值模拟方法,分析爆炸荷载作用下高强钢筋混凝土板的裂缝分布和破坏特征,得到高强RC 板的裂缝分布相比普通RC 板更加均匀的结果.李晓军等[4]设计了钢纤维钢筋混凝土板抗爆试验,分析了不同的破坏特征,划分出5 种典型的破坏类型.Guo 等[5]对粘合玻璃纤维增强聚合物(GFRP)条进行抗爆试验,发现GFRP 条加固后双向板的抗爆性能显著提高.Zhao 等[6]应用数值分析,评估得出新型RC 板的抗爆性能,并基于不同爆炸场景下对新型RC 板的抗爆性能进行预测. 针对钢筋混凝土单向板的抗爆设计研究,胡玉峰等[7]通过试验研究发现聚脲材料加固后的混凝土单向板的抗爆性能优于钢纤维加固后的单向板.吴志等[8]通过数值仿真研究了单向板在接触爆炸下的动态破坏效应,验证由数值分析得到的单向板抗爆模型的准确性.Wu 等[9]研究了加固高强纤维的钢筋混凝土单向板的抗爆性能,证明高强纤维是一种有效的抗爆材料.以上试验或数值仿真都是在近距离接触爆炸条件下进行的,在对普通钢筋混凝土单向板用不同材料加固进行抗爆试验或数值研究中,分析材料的抗爆性能. 以往关于建筑材料中常用的钢筋混凝土双向板研究较多,但对于桥梁中广泛使用的钢筋混凝土单向板的研究相对较少,并且大部分RC 单向板的试验或数值仿真都是在近距离接触爆炸的条件下进行的,但是针对高强钢筋加固的混凝土单向板的非接触爆炸试验分析还很少.基于以上背景,本文对钢筋混凝土单向板在非接触爆炸作用下的抗爆性能进行了试验研究,分析HRB400、HRB500和HTRB600 3 种高强钢筋对钢筋混凝土单向板抗爆性能的影响. 1 试验介绍 试验的研究目的是比较HRB400、HRB500 和HTRB600 3 种高强钢筋加固后的高强钢筋混凝土单向板的抗爆性能,并评估3 种强度钢筋对单向板的影响. 1.1 试件规格 为研究3 种不同类型的高强钢筋混凝土单向板的爆炸响应,共准备6 块高强钢筋混凝土单向板,使用3 种不同强度的高强钢筋,钢筋牌号分别为HRB400、HRB500 和HTRB600.6 块高强RC 单向板的尺寸相同,均为长1 800 mm、宽500 mm、高120 mm,配筋率为0.52%.6 块高强RC 单向板试件用于非接触爆炸下的抗爆试验,各试件采用相同配筋方式.如图1 所示,试件两端配置直径为Φ6的箍筋用于抗剪,中部受压区未配置钢筋.单向板试件的钢筋混凝土强度为C40,混凝土覆盖厚度为20 mm. 图1 单向板试件配筋示意图(单位: mm) 对6 块高强钢筋混凝土单向板试件进行编号,编号分别为B1～B6,表1 总结了RC 单向板的测试参数、钢筋类型以及配筋率等信息.在试验过程中,使用3 种不同质量的TNT 炸药(1.7、2.1 和2.5 kg),同时保持爆距(炸药底部和试件顶部之间的距离)恒为1.5 m,比例爆距(单位: 距离·炸药质量-1/3)为1.26、1.17 和1.11 m·kg-1/3,分析高强钢筋混凝土单向板在非接触爆炸下的抗爆性能. 表1 单向板试件的测试参数、钢筋类型与配筋率 1.2 试件材料力学性能 各组试件设计时预留了3 个边长150 mm 的立方体混凝土块,对其进行单轴压缩测试,测得各组混凝土的平均抗压强度为47.03 MPa.各组试件采用公称直径为Φ8 的高强钢筋,不同类型的高强钢筋材料性能不同,屈服强度的变化范围为432～605 MPa,抗拉强度的变化范围为618～823 MPa.各组单向板试件的高强钢筋的实测材料力学性能参数见表2. 表2 钢筋实测材料力学性能参数 1.3 试验装置 试验中使用TNT 炸药.试件的安装和加载方式如图2 所示.将单块炸药组合并捆绑为近立方体形状,炸药质量分别为1.7、2.1 和2.5 kg.炸