钢纤维高强混凝土构件抗爆性能与损伤评估

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1、分类号:TU375.210710-2012028004博士学位论文钢纤维高强混凝土构件抗爆性能与损伤评估李楠导师姓名职称赵均海教授申请学位级别工学博士学科专业名称结构工程论文提交日期2015年3月10日论文答辩日期2015年6月8日学位授予单位长安大学AntiknockPerformanceandDamageAssessmentofSteelFiberReinforcedHighStrengthConcretemembersADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate:LiNan

2、Supervisor:Prof.ZhaoJunhaiChang’anUniversity,Xi’an,China摘要现代社会爆炸事件频发，危害人类生命和财产安全。钢纤维高强混凝土（steelfiberreinforcedhighstrengthconcrete，简称SFRHSC）作为新型抗爆防护材料，其抗爆性能的研究越来越受重视，而爆炸荷载作用下钢纤维混凝土构件的研究并不系统。本文采用理论分析和数值模拟方法对爆炸荷载下SFRHSC墙（板）构件的动态响应、损伤效应评估和抗震塌性能进行了系统研究。主要的研究工作和创新成果包括以下几方面：（1

3、）使用增强效应系数R建立修正的钢管-SFRHSC材料的静态本构模型，并进fc行数值模拟分析验证了该增强效应系数修正本构的适用性，通过动载增强系数DIF来考虑应变率效应对于材料在爆炸荷载作用下的影响，为理论计算中材料的增强提供依据。计算J-H-C动态材料模型的参数值，为数值模拟提供适用于SFRHSC构件的材料动态本构模型和参数。（2）基于等效单自由度体系，考虑钢纤维增强效应和材料强度动载增大效应，对爆炸荷载下钢筋-SFRHSC墙的动态响应进行理论分析，计算构件动态响应的最大位移。运用能量守恒原理，采用Lagrangian方程建立大变形下钢

4、纤维高强混凝土墙板构件的极限变形公式。与数值模拟结果对比证明钢纤维高强混凝土墙板构件的大塑性变形的极限变形计算公式能够满足极限变形计算分析。（3）基于显式有限元ANSYS/LS-DYNA程序，使用CONWEP加载方式建立爆炸荷载下四边固支SFRHSC墙的动态响应数值模型。通过分析揭示SFRHSC墙的动态响应中各参数的发展变化规律。对影响因素进行参数化分析，得到各参数的影响规律。依据折合距离对SFRHSC墙的破坏模式进行研究。建立了基于支座转角θ的构件超压-冲量损伤评估准则，基于等效单自由度理论计算方法和数值试算法分别建立SFRHSC墙的

5、P-I曲线并进行公式拟合。数值试算法所建立的P-I损伤效应评估曲线能够准确地对不同爆炸荷载下钢纤维高强混凝土墙的损伤效应进行评估。（4）基于文献试验和数值模拟对SFRHSC板的震塌破坏形态和震塌破坏的影响因素进行分析，并以近爆试验的实测值为训练样本，分别建立了RBF和BP神经网络震塌模型，对空声区直径和背爆面裂缝最大宽度进行计算。使用该震塌神经网络模型，输入任意的影响因素值，能够输出空声区直径和最大裂缝宽度大小，实现对SFRHSC板在一I次近爆中的抗震塌性能进行分析和评估。基于RBF震塌神经网络模型对钢纤维体积率和炸药量进行参数分析，研

6、究表明钢纤维高强混凝土构件较之普通高强混凝土构件抗震塌性能有显著提高。关键词：钢纤维高强混凝土、动态响应、数值模拟、CONWEP模型、损伤评估、P-I曲线、抗爆性能、抗震塌性、神经网络.本论文得到以下项目的资助：国家自然科学基金项目（编号：41202191），陕西省自然科学基础研究计划项目（编号：2014JQ7290）。IIAbstractInmodernsociety,explosiveaccidentscameuprepeatedly,whichjeopardizelifeandpropertysafetyofhuman.Asane

7、wtypeofanti-explosivematerial,thecharacteristicresearchofsteelfiberreinforcedconcretehasbeenvaluedalot,yettheresearchwasn'tcomprehensive.Inthisresearch,theoryanalysisandnumericalanalysiswasusedonthedynamicresponse,damageassessmentandcollapseresistanceperformance.Mainrese

8、archandachievementscanbeobtainedasfollows:(1)ConsideringtheeffectsofsteelfiberoncoreconcretewithR,themo