接触爆炸下波纹钢⁃混凝土板复合结构水下防爆效果评价

为探究不同波纹钢⁃混凝土板复合结构的水下抗爆防护效果,采用有限元⁃光滑粒子流体动力学耦合算法(FEM⁃SPH)建立水下多介质耦合爆炸模型;设计不同波纹钢⁃混凝土板复合结构防护方案,探究不同复合结构防护层(含3,6,9,12 mm厚波纹钢复合结构、含30°,45°,60°,75°波纹钢复合结构和含10,30,50,70 mm波高波纹钢复合结构)的水下削波吸能效果,并提出耗能分担率对复合结构进行防护效果评价。研究结果表明:混凝土板迎爆面与背爆面的模拟结果与试验结果较为吻合,验证了水下接触爆炸模拟过程;不同复合结构防护方案下,含12 mm厚波纹钢复合结构、含75°波纹钢复合结构和含70 mm波高波纹钢复合结构防护方案较无防护方案测点峰值压力最大降幅为63.2%,60%和57.9%,最大防护率分别为63.2%,60.0%和57.9%,耗能分担率为69.48%,66.26%和63.51%;最优型式(厚度为12 mm/夹角为75°/波高为70 mm)复合结构的削波吸能效果及防护效果均显著优于单一因素影响下的复合结构。研究成果可为不同波纹钢⁃混凝土板复合结构在水下抗爆防护领域的应用提供理论基础。

不同波纹钢-混凝土板复合结构水下抗爆机理及损伤等级预测

为探究不同波纹钢-混凝土板复合结构的水下抗爆机理,采用光滑粒子流体动力学与有限单元(FEM-SPH)耦合方法模拟混凝土板在水下接触爆炸下的损伤过程,并与试验结果对比,以验证数值方法的有效性;采用FEMSPH方法探究不同防护方案下墙面板毁伤过程及失效模式,揭示其水下防爆机理,并构建出墙面板损伤等级预测曲线。研究结果表明:模拟结果与试验结果较为吻合,验证了模拟方法的有效性;在含12 mm厚波纹钢的复合结构(T-12)、含75°夹角的波纹钢复合结构(A-75)和含厚70 mm波纹钢的复合结构(WH-70)三种防护方案下,墙面板的毁伤范围较未加固墙面板最大降幅分别为83.0%、81.6%和82.5%;预测曲线可以直观评估出炸药量和复合结构中波纹钢波高变化对墙面板损伤等级的影响。

接触爆炸载荷下波纹钢加固钢筋混凝土板毁伤特征分析

为探究波纹钢加固钢筋混凝土板的毁伤特征,设计了波纹钢加固钢筋混凝土靶板,开展了波纹钢加固钢筋混凝土板的接触爆炸实验,获得了构件典型的毁伤特性,论证了波纹钢加固钢筋混凝土板的抗爆性能.采用有限元软件LS-DYNA对比了等质量的波纹状混凝土板、等质量平板混凝土板、等质量平钢板混凝土板的破坏模式,研究了波纹钢加固钢筋混凝土板的抗接触爆炸性能,获得了波纹钢加固钢筋混凝土板在不同接触爆炸载荷下钢板的跨中位移变化规律,给出了在接触爆炸载荷作用下波纹钢加固钢筋混凝土板的薄弱方向.基于量纲分析,建立了该波纹钢截面形状下波纹钢加固钢筋混凝土板的跨中位移关于炸药质量的工程经验公式.

波纹钢厚度对复合结构损伤特性及抗爆性能的影响

为探究不同厚度波纹钢加固混凝土板的抗爆性能,采用FEM-SPH耦合方法建立接触爆炸荷载下波纹钢-混凝土板复合结构三维精细化数值仿真模型,对比分析爆炸试验模拟结果与试验结果;探究波纹钢厚度变化对复合结构动力响应、损伤演化特征及毁伤模式的影响,揭示复合结构中冲击波的传播机理,并对复合结构毁伤预测并评价。研究结果表明,波纹钢-混凝土板复合结构中混凝土板爆坑直径的模拟结果与试验结果高度吻合;复合结构中波纹钢跨中位移、峰值应力和应变随波纹钢厚度增加而减小,而能量吸收值随波纹钢厚度增加而增大;复合结构的损伤范围随波纹钢厚度增大逐渐缩小,其破坏模式为混凝土板的爆坑和贯穿破坏;预测公式可以很好地算出混凝土板爆坑直径和深度,复合结构抗爆性能随波纹钢厚度增加而提高。研究成果可为波纹钢-混凝土板复合结构在结构抗爆防护领域的应用提供理论基础。

波纹钢-橡胶混凝土组合板界面抗剪行为试验研究

制作7组波纹钢-橡胶混凝土组合板试件开展推出试验,对比分析混凝土种类、栓钉连接件参数(直径、高度、间距)和螺栓连接件对组合板界面剪切滑移特性和抗剪承载力的影响。研究结果表明:橡胶混凝土与波纹钢板组合能够发挥其阻裂和延性优势,界面抗剪承载力与普通混凝土相当(相差仅4%);为防止栓钉发生构造破坏,保证界面连接可靠,栓钉最小间距应设置为8.5倍的栓钉直径,栓钉高度应与波形尺寸匹配;受围焊强度和波纹板受力薄弱区的影响,栓钉连接件比螺栓连接件难以发挥其材料强度;各国规范在计算此类组合板栓钉承载力时存在偏差,应进一步开展设计理论研究。