爆炸荷载作用下钢板混凝土夹芯砌体防爆墙的防护性能分析

为提升既有危化品库、弹药库等设施围护结构的抗爆性能,建立了一种钢板混凝土夹芯砌体防爆墙构造用于墙体改造。并采用数值模拟的方法,以未加固的砌体填充墙和基于钢板混凝土叠合式砌体防爆墙为研究对象,利用动力非线性有限元分析软件ABAQUS/Explicit开展爆炸荷载作用下砌体墙的动态响应试验研究。其中,砌筑墙体、现浇混凝土、爆炸当量(TNT)和夹芯钢板均为实体单元类型,钢筋网为梁单元类型;钢筋网嵌入现浇混凝土中,砌筑墙体、现浇混凝土、夹芯钢板之间均采用面-面接触;在接触属性中,采用罚函数(Penalty),摩擦系数为0.75,砌块间的黏结滑移采用指数损伤演变本构;结构模型采用完全约束类型对墙体底部与顶部进行约束,并采用精细有限单元划分网格,尺寸大小划分为0.01 m。通过对未加固和采用夹芯钢板混凝土叠合加固的砌体填充墙进行数值模拟研究,分析比较两种墙体在爆炸冲击作用下的动态响应和防护性能。结果表明:在同级爆炸荷载作用下,随着钢板厚度的增加,防爆墙体的刚度也随之增强,加速度峰值会不断提前;墙体瞬时速度最大值出现在0.1 ms前后,当钢板厚度小于10 mm时,受爆点中心速度大于58 m/s;当钢板厚度大于30 mm时,受爆点中心速度小于30 m/s。随着爆炸荷载的增加,防爆墙中心点的最大变形位移和稳定变形位移都会随之增加,加固后的钢板夹芯防爆砌体墙的瞬时位移随着钢板厚度的增加呈现减小的趋势。当钢板夹芯防爆墙的钢板厚度小于20 mm时,墙体的最大塑性位移大于0.015 m,当钢板厚度大于30 mm时,墙体的最大塑性位移小于0.008 m。由于夹芯钢板对墙体延性的提升,钢板夹芯砌体墙的损伤情况明显好于钢筋混凝土加固砌体墙。防爆墙的钢筋应变在爆炸冲击波的作用下瞬时拉压变形交替出现,其中心线随着爆炸荷载的增加和时间的推移呈上升趋势,防爆墙受爆中心点的钢筋拉压应变最大,钢板厚度的增加对于墙体边缘的钢筋拉压应变变化影响很小。加固后的钢板夹芯防爆砌体墙的抗爆性能受钢板厚度的影响,随着钢板厚度的增加,可以显著提升原砌体墙、混凝土加固砌体墙的抗爆性能。

钢板夹芯混凝土组合板界面滑移计算分析

在钢板夹芯混凝土组合板中,界面滑移是影响组合板力学性能的一个重要因素。通过对界面滑移的理论分析,建立了其微分方程;根据截面剪力分布和边界条件求出了任意集中载荷和均布载荷作用下界面滑移的计算公式。采用实验结果对本文公式的合理性进行了验证,最大误差为22.22%。根据计算结果及其比较分析可知:界面滑移沿组合板纵向呈非线性变化,组合板端部界面滑移最大,沿组合板纵向向跨中逐渐减小,跨中界面滑移为零;剪力连接程度、含钢率对界面滑移影响较大,混凝土强度等级对其影响较小;界面滑移随着剪力连接程度的提高、含钢率的降低、混凝土强度等级的提高而减小。

钢板夹芯砼组合板斜截面抗剪分析

本文以试验现象和结果为依据，对钢板夹心混凝土组合构件，剪切破坏机理进行研究，提出了一整套组合构件斜截面抗剪强度分析方法，并从Ｂｒｅｅｓｌｅｒ强度准则出发，导出了厚板斜截面简化的强度破坏准则，与试验结果对比，表明本文的方法是可靠的。

钢板夹芯混凝土组合梁的界面滑移与变形分析

为研究界面滑移对组合梁变形的影响,该文以受均布载荷作用的简支组合梁为对象,建立了组合梁界面滑移简化计算模型,推导出钢板与混凝土界面间的相对滑移和截面曲率方程,进而得到组合梁变形的计算公式,该公式反映出了界面滑移与变形之间的相互影响关系。通过与刚度折减法的对比,在载荷和连接件间距较小的情况下,两者较吻合,由于刚度折减法未考虑载荷对界面滑移的影响,计算结果偏于保守。

钢板夹芯混凝土组合梁的变形分析

以简支钢板夹芯混凝土组合梁为对象,建立了组合梁在集中载荷作用下的简化计算模型,推导出钢板与混凝土界面间的界面滑移及组合梁变形的计算公式。该公式既能描述组合梁的界面滑移规律,又能体现界面滑移对组合梁变形的影响。并把按本文推导出的计算公式计算变形的结果与文献中的实验结果进行了对比,结果吻合良好。通过算例研究结果表明:随着载荷与剪力连接件间距的增大,界面滑移增大,变形也增大。

钢板夹芯混凝土剪力墙面外抗震性能试验研究

对10个钢板夹芯混凝土剪力墙试件进行面外受力性能试验,研究其在单向压弯作用下的破坏特征、承载力、刚度、变形能力等结构性能。通过对各个试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性系数和耗能能力等抗震性能参数的计算和比较,分析剪跨比、含钢率以及墙体构造方式的变化对墙体面外受力性能的影响。研究表明:钢板混凝土墙试件的面外变形能力很强,墙体的剪跨比、含钢率变化对墙体的承载力和变形能力有影响。

钢板夹芯混凝土组合剪力墙复合受力性能试验研究

通过两组钢板夹芯混凝土组合剪力墙的拟静力试验,对双向压弯荷载作用下钢板混凝土组合剪力墙的承载能力、变形能力和破坏模式进行研究,获得了试件的典型破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数以及耗能能力等,分析面外弯矩的变化对结构力学性能的影响。研究表明:在双向压弯作用下,试件的破坏形态主要是压弯破坏;试件滞回曲线不够饱满,耗能能力一般;面外弯矩越大,试件的抗侧承载力及耗能性能越差;试件进入塑性阶段后,面外位移显著增加,呈发散趋势;试件底部截面基本满足平截面假定。