不同防护方式下钢筋混凝土墩柱的抗爆性能试验研究

发布时间：2017-08-15 07:29

  本文关键词：不同防护方式下钢筋混凝土墩柱的抗爆性能试验研究

  更多相关文章： 爆炸荷载模型 钢筋混凝土墩柱 钢管防护 CFRP防护 爆炸试验研究 爆炸数值模拟 非接触爆炸 接触爆炸 抗爆防护设计建议

【摘要】：近年来,恐怖袭击或意外爆炸事故频发,会引起整个交通系统中断；墩柱是桥梁结构中非常重要的受力构件之一,爆炸荷载下桥梁墩柱破坏往往会引起桥梁整体连续倒塌,因此,开展爆炸荷载作用下不同防护墩柱的试验研究具有重要的理论意义和实用价值。本文主要研究工作如下：(1)总结了爆炸荷载的主要类型以及爆炸荷载与结构的相互作用,统计了国内外爆炸荷载经验计算公式,并对冲击波进行了数值模拟的研究。(2)进行了8根大比例尺的钢筋混凝土墩柱采用钢板和CFRP防护后的爆炸现场试验研究,主要考虑了不同比例距离(药量)、不同钢管厚度、不同CFRP布层数等对墩柱防护后的抗爆性能影响,分别进行了非接触爆炸和接触爆炸试验。(3)考虑非接触爆炸和接触爆炸作用,进行了不同防护下钢筋混凝土墩柱爆炸荷载作用下动力响应的数值模拟,探讨了墩柱爆炸防护概念设计。主要研究结论如下：(1)近地爆炸时,冲击波在地面产生反射,冲击波在墩柱表面会产生绕射和反射；冲击波超压峰值和冲量随着比例距离的减小而增大；超压峰值和冲量在迎爆面最大,背爆面最小；超压峰值和冲量在墩柱高度上的分布为“勺”型分布,可以简化为梯形分布。(2)非接触爆炸荷载下,拟合得到的超压计算公式与经验公式基本相符,可供墩柱爆炸防护设计参考；防护后墩柱的刚度大于未防护墩柱的刚度；防护后墩柱受到的内力小于未防护的墩柱；小药量爆炸时,墩柱首先产生弯曲变形,大药量爆炸时,墩柱柱底剪切破坏,主要受到冲量的作用。(3)接触爆炸荷载下,墩柱产生局部冲剪与侵蚀破坏；钢管防护与CFRP防护能有效地提高钢筋混凝土墩柱的抗爆性能,且钢管对墩柱的防护效果更佳。(4)建立的爆炸非线性有限元模型能够有效地预测不同防护方式下钢筋混凝土墩柱非接触爆炸和接触爆炸下的动力性能,数值模拟与试验结果基本吻合,可用于防护墩柱的抗爆分析。(5)依据墩柱的局部破坏和整体破坏,提出了钢筋混凝土墩柱的抗爆防护概念设计建议；依据墩柱的弯曲破坏和剪切破坏,提出了钢筋混凝土墩柱的抗爆防护构造设计建议；可供实桥墩柱防护设计参考。
【关键词】：爆炸荷载模型 钢筋混凝土墩柱 钢管防护 CFRP防护 爆炸试验研究 爆炸数值模拟 非接触爆炸 接触爆炸 抗爆防护设计建议
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU375;TU352.13
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.1.1 爆炸的严重危害11-12
• 1.1.2 桥梁结构抗爆防护的重要性12-13
• 1.2 国内外研究进展13-19
• 1.2.1 结构抗爆防护技术规程13-14
• 1.2.2 结构抗爆防护14-15
• 1.2.3 爆炸试验加载方式15-16
• 1.2.4 墩柱抗爆防护试验16-17
• 1.2.5 墩柱抗爆防护数值模拟17-19
• 1.3 墩柱抗爆防护研究存在的问题19
• 1.4 本文主要研究内容19-21
• 第二章 墩柱爆炸荷载模型21-39
• 2.1 炸药爆炸荷载21-24
• 2.1.1 爆炸荷载分类21-22
• 2.1.2 爆炸冲击波22-23
• 2.1.3 爆炸荷载的主要参数23-24
• 2.2 爆炸荷载计算24-28
• 2.2.1 冲击波对结构的破坏作用参数24
• 2.2.2 冲击波比冲量的计算24-26
• 2.2.3 冲击波超压峰值的计算26-28
• 2.3 爆炸荷载与结构的相互作用28-30
• 2.3.1 爆炸冲击波的反射作用28-29
• 2.3.2 爆炸冲击波的绕射作用29-30
• 2.4 爆炸荷载的模拟30-36
• 2.4.1 有限元模型建立30-31
• 2.4.2 模型验证31-32
• 2.4.3 爆炸荷载分析32-36
• 2.5 近场爆炸荷载模型36-37
• 2.6 小结37-39
• 第三章 钢筋混凝土墩柱爆炸防护试验39-55
• 3.1 试验目的39
• 3.2 试验设计39-50
• 3.2.1 试件设计39-41
• 3.2.2 试件制作及防护41-43
• 3.2.3 边界约束体系设计43-44
• 3.2.4 测点布置及测试系统44-48
• 3.2.5 材料特性48-50
• 3.3 试验加载工况50-52
• 3.4 试验过程52
• 3.5 安全措施52
• 3.6 小结52-55
• 第四章 钢筋混凝土墩柱爆炸防护试验结果分析55-75
• 4.1 墩柱试验破坏现象55-59
• 4.1.1 非接触爆炸55-56
• 4.1.2 接触爆炸56-59
• 4.2 墩柱迎爆面压力分析59-65
• 4.2.1 有效超压时程曲线59-63
• 4.2.2 不同比例距离(药量)下超压时程分析63
• 4.2.3 超压峰值与比例距离的关系63-64
• 4.2.4 不同高度下超压时程分析64-65
• 4.3 墩柱加速度响应分析65-70
• 4.3.1 加速度峰值沿高度的分布66-68
• 4.3.2 不同比例距离(药量)下加速度响应分析68-70
• 4.4 墩柱钢筋应变响应分析70-73
• 4.4.1 不同比例距离(药量)下钢筋应变时程分析70-71
• 4.4.2 不同钢板厚度下钢筋应变时程分析71
• 4.4.3 不同CFRP层数下钢筋应变时程分析71-72
• 4.4.4 不同防护方式下钢筋应变时程分析72-73
• 4.5 小结73-75
• 第五章 钢筋混凝土墩柱爆炸防护数值分析75-103
• 5.1 爆炸模拟软件简介75-76
• 5.2 爆炸模拟控制参数76-82
• 5.2.1 爆炸荷载施加76-77
• 5.2.2 单元类型77-78
• 5.2.3 材料动态本构模型78-81
• 5.2.4 沙漏控制81-82
• 5.3 爆炸模型建立与验证82-87
• 5.3.1 模型建立及边界条件82-84
• 5.3.2 加速度响应验证84
• 5.3.3 试验现象比较84-87
• 5.4 非接触爆炸模拟结果分析87-97
• 5.4.1 墩柱横向位移响应分析87-93
• 5.4.2 钢筋应变分析93-95
• 5.4.3 墩柱的破坏模式95-97
• 5.5 接触爆炸模拟结果分析97-102
• 5.5.1 接触爆炸墩柱破坏现象分析97-99
• 5.5.2 钢筋应变分析99-102
• 5.6 小结102-103
• 第六章 钢筋混凝土墩柱抗爆防护设计建议103-111
• 6.1 钢筋混凝土墩柱的破坏形式103-105
• 6.2 钢筋混凝土墩柱抗爆防护概念设计105-107
• 6.2.1 钢筋混凝土墩柱抗爆防护设计的极限状态105
• 6.2.2 钢筋混凝土墩柱抗爆防护设计的特点105-106
• 6.2.3 钢筋混凝土墩柱抗爆防护设计准则与步骤106-107
• 6.3 钢筋混凝土墩柱抗爆防护构造设计107-108
• 6.4 小结108-111
• 第七章 结论与展望111-113
• 7.1 主要结论111
• 7.2 研究展望111-113
• 参考文献113-117
• 致谢117-119
• 个人简历119

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本文编号：676971