钢筋混凝土结构抗爆研究现状及进展

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1、钢筋混凝土结构抗爆研究现状及进展钢筋混凝土结构在爆炸冲击荷载作用下的动力响应是一个比较复杂的过程，而且钢筋混凝土结构的抗爆实验相对较少。大多学者都是通过有限元软件来模拟这一过程，但有限元方法受制于相关理论的发展，例如材料的动态特性、爆炸冲击波与结构相互作用理论、钢筋的粘结滑移理论，以及材料的塑性损伤理论等等。本文系统阐述了钢筋混凝土结构在爆炸荷载作用下的动态响应及破坏模式的相关理论，并提出了需要进一步解决的问题。关键词：钢筋混凝土结构；爆炸荷载一、引言　　由于恐怖袭击(汽车炸弹，人体炸弹等)或者是

2、生活、生产中的疏忽和意外，爆炸时有发生，严重威胁建筑物的安全与稳定以及人民的生命财产安全。比如近些年，阿富汗、伊拉克、以色列、巴勒斯坦等许多国家都发生过影响巨大的恐怖爆炸事件。　　二、现有研究成果及存在的主要问题　　1.爆炸波与结构相互作用理论　　国内外学者对爆炸冲击荷载作用下应力波的传播规律进行了广泛的研究，通过对大量的实验数据进行拟合而得出的诸多经验公式，为实验设计、理论分析和数值模拟结果的比较提供了重要的理论基础。　　5-1300，根据试验结果给出了压力峰值、正压力持续时间等冲击波参数与折合

3、距离的关系曲线图表，同时也给出了在自由空气爆炸作用下的反射波压力与入射波压力峰值的关系曲线。J.Henrych等]学者通过数值模拟给出自由空气爆炸作用下的压力峰值、预测压力、质点速度峰值、质点加速度峰值和持续时间的拟合公式。贾光辉、王志军、张国伟等]人通过对爆炸过程的分析，运用质量和动量守恒原理，导出了爆炸过程中应力波传播规律。该规律表明随着介质质点距装药中心距离的增大，应力波幅值在衰减，应力波波形在变化，其传播速度也在减小。都浩、李忠献、郝洪应用非线性显式动力分析软件建立了建筑物外部爆炸超压荷载

4、的数值分析模型，分析了X格划分尺寸的大小对爆炸超压荷载计算结果的影响，模拟了建筑物外部的刚性地面上发生爆炸的过程，研究了爆炸冲击波在建筑外部空间中的传播与衰减规律，以及作用在建筑物外表面的爆炸超压荷载的特性，模拟了邻近建筑物对爆炸冲击波的反射和阻挡作用，同时研究了邻近建筑物的几何尺寸和位置等因素对作用在目标建筑物上的爆炸超压荷载的影响。　　2.爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构损伤破坏的理论分析　　(1)钢筋的动态响应　　RohrI等使用试验和数值模拟的方法研究了高强钢筋在大应变率下的动力性能。林峰等采

5、用静力和高应变率试验系统，研究了等级为HPB235、HRB335和HRB400的建筑钢筋在静载以及应变率为2～80/s下的力学性能,并经过回归分析，给出了以钢筋力学性能特征值为基础的建筑钢筋动态本构模型和Johnson-Cook模型中的参数。由于钢筋材料的静态本构模型较成熟，大多数钢筋材料的动态本构模型是基于已有的静态本构模型，通过引入应变率参数修正得到，比如欧洲国际混凝土委员会(CEB)提出的高应变率下钢筋材料屈服强度的提高系数。林峰等提出的修正三折线钢筋动态本构模型，弹塑性随动强化模型和广泛使

6、用的Johnson-Cook模型等。由此可以看出，当前对钢筋材料的动态本构模型的试验研究工作相对较少，需要更多的试验研究。　　(2)混凝土的动态响应　　混凝土在动态荷载作用下，其动态特性和损伤特性与静态情况下相差很大。混凝土的动态损伤模型有：1．粘弹性模型：其中具有代表性的粘弹性模型有Maxad等通过试验研究了变形钢筋肋的尺寸和形状对粘结应力的影响。L.A.Lutz用有限元法分析了握裹层混凝土的应力状态及相应变形。R.Tepferst应用有限元方法重点分析了钢筋横肋附近混凝土咬合齿的应力状态Kem

7、p和对配置箍筋的试件进行了研究，给出了配置箍筋构件的劈裂粘结应力和极限粘结应力，Darwin等学者根据他们多年的研究成果给出了粘结力的计算公式。Esfahani和Rangan在R．Tepfers研究的基础上，结合试验结果给出了普通混凝土和高强度混凝土的劈裂粘结应力计算公式。　　(4)钢筋混凝土结构在爆炸荷载作用下的动力响应及损伤　　爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的动态响应(尤其是破坏模式)的计算与分析是当前抗爆结构等领域重要研究课题。国外许多专家学者都在从事着结构及构件的动态响应方面的研究工作，做了

8、很多相关的试验与理论分析。　　钢筋混凝土结构在爆炸荷载作用可能发生弯曲破坏、剪切破坏或弯剪破坏。弯曲破坏通常表现为钢筋的屈服、拉断以及受压区混凝土的压碎；剪切破坏通常表现为支座处发生直剪破坏或剪跨区发生斜剪破坏。数值模拟结果表明，在爆炸荷载作用下，以上三种破坏模式均有可能发生。　　压力—冲量曲线，即P-I曲线，常用来对结构构件在爆炸冲击荷载作用下的损伤进行评估。国内外对于结构构件的P-I曲线的研究由来已久，并取得了一定的成果。P-I曲线能够简单的通过爆炸荷载的超压峰值和爆炸荷载的冲