钢纤维高强混凝土板抗爆性能与损伤监测研究
发布时间：2021-09-01 03:03
钢纤维高强混凝土既有高强混凝土抗压、耐蚀性强等优点,又有钢纤维抗拉、抗剪和抗弯性能好等特点,常作为建筑结构的主要材料。但随着工业发展迅速,地域冲突加剧,爆炸事故和恐怖袭击时有发生,建筑结构在受到爆炸冲击作用时常损伤严重,因此,需考虑钢纤维高强混凝土的抗爆性能。本文在研究混凝土结构抗爆理论基础上,对钢纤维体积含量为0%、0.6%、1.2%、1.8%的钢纤维高强混凝土（SFRC）板进行炸药接触和非接触爆炸实验,并运用数值模拟方法开展其抗爆性研究,主要内容如下:（1）爆炸荷载作用下SFRC板动态响应试验。试验采用加速度、应变片和位移计对不同纤维体积含量的SFRC板在爆炸荷载下动态响应过程进行跟踪,分析相关数据表明:混凝土基体强度一定时,掺有钢纤维板背部加速度、应变及挠度值都要小于未加纤维混凝土板,纤维的加入可显著增强高强混凝土的抗拉性能,延缓混凝土的开裂,分散爆炸波能量;通过分析板的宏观破坏形态,对爆炸坑体积和剥落坑体积采用多项式函数拟合,也论证了此点。（2）SFRC板抗爆细观数值模拟。基于钢纤维于基体中随机分布特征,借助MATLAB和ANSYS/LS-DYNA建立包含钢纤维、钢筋和混凝土介...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
叙利亚战争大量楼房坍塌
武汉科技大学硕士学位论文1第1章绪论1.1课题的提出及研究意义身处于21世纪的世界，经济高速增长发展，会消耗各个国家的有限资源，对于资源的争夺愈加激烈，可能会造成较多的爆炸事故，致使大量民房建筑、大型核电站、发电站、公路桥梁、大坝、油库、化工厂等的毁坏，带来难以估量的人员伤亡和经济损失，如图1和图2所示。图1叙利亚战争大量楼房坍塌图2伊拉克战争楼板垮塌为了保障重要结构的安全，免遭先进武器的打击，除了要加强空中防护力量和提高反导武器的精准性，还要在防空武器难以有效施展威力的情况下，提高防护工程自身的抗打击能力，使其攻击的“矛”进不来、打不中、打不透、击不穿，同时，也需要一套完备的监测系统或评判标准对需要保护的结构进行健康评估。混凝土材料因为施工方便、速凝性较好、成型后强度高、耐久性强、能耗低、价格便宜等被广泛应用于民房、桩基储公路路基、桥梁建设、井筒支撑以及结构防护工程中，但混凝土本身就是由多种复合材料按一定比例混合配制而成，成型期间各材料因微观特性不同相互排斥而不能完全耦合，成型后的结构或构建内存在大量微裂纹和微孔洞。随着时间推移以及服役期间，这些内在的微缺陷会受到外部环境的影响而进一步扩大，各微孔洞相互贯穿形成宏观裂纹，严重影响结构的服役寿命，当其在受到外部荷载作用，特别是爆炸荷载、冲击侵彻荷载或物体撞击荷载等强荷载作用时，孔洞及裂纹尖端应力集中十分显著，结构来不及产生大变形，且很容易被贯穿或者崩碎，几乎是瞬时性破坏或者坍塌，持续时间极短，给与人们逃生的机会就大大减少。为了保障人们生命财产安全，减少因战争或其他爆炸事件发生所带来的危害，如何提高并优化防护工程及民用建筑的抗打击能力以及如何构造一套完备的结构监测与评估系统，已
武汉科技大学硕士学位论文13后面形成小于大气压的负压区，当周围的空气压力小于爆轰产物的压力时，气态爆轰产物的质点速度开始减小，直至停止，继而开始朝反向运动。随爆轰产物不断的运动，其压力又开始增加，直至再次因惯性作用而迫使其停止，如此进行循环运动。爆炸动力学规定爆炸冲击波大小为波阵面上压力值减去介质初始压力值，爆炸冲击波超压时程曲线与空间传播曲线如图2.2所示。冲击波超压时程曲线反映了爆炸产生的瞬时压力非常高，随着爆炸冲击波的传播，正压力区不断拉宽，因此，受到压缩的空气的体积量不断在增大，从而使得单位质量空气的密度和平均能量不断下降，初期冲击波呈指数型衰减，后期趋于平滑，也可知冲击波是一种强间断压缩波。图2.1球形装药冲击波传播示意图图2.2冲击波时程曲线2.2爆炸冲击波的经验计算公式文章主要是针对空爆和接触爆炸下板结构的动态响应研究，根据需要引进非接触爆炸和接触爆炸冲击波传播经验公式以及相似定律，对爆炸冲击波作用结构的大小进行定量分析。影响冲击波对结构的损伤破坏主要取决于三个参数：冲击波超压峰值SP、冲击波正压持续时间0t以及比冲量si。2.2.1冲击波超压峰值影响超压峰值大小的因素包括炸药密度、炸药类型、炸药爆速、空气介质初始压力、爆炸源于结构之间的最短距离等，且只有当超压峰值达到某一数值时才会对周围结构或人员造成一定损伤。Brode[57]、Henrych[58]、Mills[59]和Baker[60]等学者根据实验都提出了相关冲击波超压计算公式，各公式都有自己的适用范围。考虑非接触爆炸和接触爆炸，我国的国防工程设计规范中所规定的超压计算公式如下。球形药包在板上方爆炸经验公式为：323101(1)0.842.77.0(110)ssPRRPRRRR(2-1)
本文编号：3376154
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
叙利亚战争大量楼房坍塌
武汉科技大学硕士学位论文1第1章绪论1.1课题的提出及研究意义身处于21世纪的世界，经济高速增长发展，会消耗各个国家的有限资源，对于资源的争夺愈加激烈，可能会造成较多的爆炸事故，致使大量民房建筑、大型核电站、发电站、公路桥梁、大坝、油库、化工厂等的毁坏，带来难以估量的人员伤亡和经济损失，如图1和图2所示。图1叙利亚战争大量楼房坍塌图2伊拉克战争楼板垮塌为了保障重要结构的安全，免遭先进武器的打击，除了要加强空中防护力量和提高反导武器的精准性，还要在防空武器难以有效施展威力的情况下，提高防护工程自身的抗打击能力，使其攻击的“矛”进不来、打不中、打不透、击不穿，同时，也需要一套完备的监测系统或评判标准对需要保护的结构进行健康评估。混凝土材料因为施工方便、速凝性较好、成型后强度高、耐久性强、能耗低、价格便宜等被广泛应用于民房、桩基储公路路基、桥梁建设、井筒支撑以及结构防护工程中，但混凝土本身就是由多种复合材料按一定比例混合配制而成，成型期间各材料因微观特性不同相互排斥而不能完全耦合，成型后的结构或构建内存在大量微裂纹和微孔洞。随着时间推移以及服役期间，这些内在的微缺陷会受到外部环境的影响而进一步扩大，各微孔洞相互贯穿形成宏观裂纹，严重影响结构的服役寿命，当其在受到外部荷载作用，特别是爆炸荷载、冲击侵彻荷载或物体撞击荷载等强荷载作用时，孔洞及裂纹尖端应力集中十分显著，结构来不及产生大变形，且很容易被贯穿或者崩碎，几乎是瞬时性破坏或者坍塌，持续时间极短，给与人们逃生的机会就大大减少。为了保障人们生命财产安全，减少因战争或其他爆炸事件发生所带来的危害，如何提高并优化防护工程及民用建筑的抗打击能力以及如何构造一套完备的结构监测与评估系统，已
武汉科技大学硕士学位论文13后面形成小于大气压的负压区，当周围的空气压力小于爆轰产物的压力时，气态爆轰产物的质点速度开始减小，直至停止，继而开始朝反向运动。随爆轰产物不断的运动，其压力又开始增加，直至再次因惯性作用而迫使其停止，如此进行循环运动。爆炸动力学规定爆炸冲击波大小为波阵面上压力值减去介质初始压力值，爆炸冲击波超压时程曲线与空间传播曲线如图2.2所示。冲击波超压时程曲线反映了爆炸产生的瞬时压力非常高，随着爆炸冲击波的传播，正压力区不断拉宽，因此，受到压缩的空气的体积量不断在增大，从而使得单位质量空气的密度和平均能量不断下降，初期冲击波呈指数型衰减，后期趋于平滑，也可知冲击波是一种强间断压缩波。图2.1球形装药冲击波传播示意图图2.2冲击波时程曲线2.2爆炸冲击波的经验计算公式文章主要是针对空爆和接触爆炸下板结构的动态响应研究，根据需要引进非接触爆炸和接触爆炸冲击波传播经验公式以及相似定律，对爆炸冲击波作用结构的大小进行定量分析。影响冲击波对结构的损伤破坏主要取决于三个参数：冲击波超压峰值SP、冲击波正压持续时间0t以及比冲量si。2.2.1冲击波超压峰值影响超压峰值大小的因素包括炸药密度、炸药类型、炸药爆速、空气介质初始压力、爆炸源于结构之间的最短距离等，且只有当超压峰值达到某一数值时才会对周围结构或人员造成一定损伤。Brode[57]、Henrych[58]、Mills[59]和Baker[60]等学者根据实验都提出了相关冲击波超压计算公式，各公式都有自己的适用范围。考虑非接触爆炸和接触爆炸，我国的国防工程设计规范中所规定的超压计算公式如下。球形药包在板上方爆炸经验公式为：323101(1)0.842.77.0(110)ssPRRPRRRR(2-1)
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