爆炸荷载作用下钢筋混凝土板柱结构连续倒塌机理研究

由楼板和柱组成承重体系的钢筋混凝土板柱结构在建筑工程中应用较为广泛。该类结构在遭遇爆炸时，发生连续倒塌的潜在危险因素与梁柱结构有所不同。目前，关于混凝土结构防连续倒塌的研究多针对梁柱结构，而对板柱结构的研究较少。因此，开展爆炸荷载作用下钢筋混凝土板柱结构连续倒塌研究具有重要的理论意义和应用价值。项目结合已有的研究成果，采用试验研究和理论分析相结合的方式，研究爆炸荷载对板柱节点受力性能和破坏模式的影响，然后进行爆炸荷载作用下钢筋混凝土板柱结构连续倒塌试验研究，分析结构受力性能、动力响应特征和失效模式等，得到连续倒塌过程中结构传力机制变化规律和荷载动力效应对结构承载力影响程度。构建适用于板柱结构连续倒塌的分析方法，结合数值计算深入探讨板柱结构连续倒塌机理，提出爆炸荷载作用下板柱结构连续倒塌实用计算方法，为板柱结构防连续倒塌工程设计提供参考。 2100433B

由楼板和柱组成承重体系的钢筋混凝土板柱结构在建筑工程中应用较为广泛。该类结构在遭遇爆炸时，发生连续倒塌的潜在危险因素与梁柱结构有所不同。目前，关于混凝土结构防连续倒塌的研究多针对梁柱结构，而对板柱结构的研究较少。因此，开展爆炸荷载作用下钢筋混凝土板柱结构连续倒塌研究具有重要的理论意义和应用价值。项目结合已有的研究成果，采用试验研究和理论分析相结合的方式，研究爆炸荷载对板柱节点受力性能和破坏模式的影响，然后进行爆炸荷载作用下钢筋混凝土板柱结构连续倒塌试验研究，分析结构受力性能、动力响应特征和失效模式等，得到连续倒塌过程中结构传力机制变化规律和荷载动力效应对结构承载力影响程度。构建适用于板柱结构连续倒塌的分析方法，结合数值计算深入探讨板柱结构连续倒塌机理，提出爆炸荷载作用下板柱结构连续倒塌实用计算方法，为板柱结构防连续倒塌工程设计提供参考。

钢筋混凝土板柱结构是仓库、住宅、车库、办公楼等建筑常用的结构形式之一，但板柱节点的冲切破坏构成板柱结构的薄弱环节。地震震害和工程事故表明，这一薄弱环节有可能导致板柱结构在偶然荷载下发生连续倒塌破坏。本项目在结构体系综合防灾的背景下，以避免钢筋混凝土板柱结构连续倒塌破坏为目标，设计钢筋混凝土板柱结构模型和延性板柱节点试验方案，分别考虑结构底层柱破坏和节点破坏可能导致的结构连续倒塌。引入约束混凝土的概念，设计延性板柱节点及试验方案。通过提高板柱节点延性，实现提高钢筋混凝土板柱结构整体抗倒塌性能的目的。在试验研究的基础上，分析底层柱或板柱节点失效后，荷载传递路径的变化，提出简化的板柱结构抗倒塌分析方法。采用马尔科夫链随机模型，引入区间变量，分析板柱结构体系的失效概率，并以此为基础，结合钢筋混凝土板柱结构抗震设计的构造措施，提出钢筋混凝土板柱结构抗倒塌设计的基本框架。

除了结构设计一般考虑的各种荷载，混凝土结构还有可能承受因为恐怖袭击、工厂意外爆炸或者煤气爆炸等因素引发的爆炸冲击荷载。研究混凝土材料在爆炸冲击荷载作用下的动力损伤特性具有非常重要的理论意义和工程实际应用价值。混凝土的材料组成使得其力学性能相当复杂。常规的基于均匀分布的连续介质的混凝土本构已经不能合理地获得混凝土在爆炸冲击荷载作用下的真实响应。而基于混凝土细观分布的力学研究目前主要限于静力分析，高速动力响应方面还刚刚起步。本研究对混凝土材料在爆炸冲击荷载作用下的高速动力响应进行细观力学分析。分析中将混凝土考虑为由粗骨料、水泥砂浆以及连接界面组成的三相集合体。本项目首先研究了小型试件在不同动力荷载作用下的动态力学性能，然后将此细观混凝土模型用于实际混凝土构件承受爆炸冲击荷载的计算分析，用于判断和预测混凝土构件在爆炸冲击荷载作用下的损伤破坏程度。该研究成果可用于对防护结构的设计提供理论依据，还可以推广到混凝土构件抗侵彻分析研究。 2100433B

除了结构设计一般考虑的各种荷载，混凝土结构还有可能承受因为恐怖袭击、工厂意外爆炸或者煤气爆炸等因素引发的爆炸冲击荷载。研究混凝土材料在爆炸冲击荷载作用下的动力损伤特性具有非常重要的理论意义和工程实际应用价值。混凝土的材料组成使得其力学性能相当复杂。常规的基于均匀分布的连续介质的混凝土本构已经不能合理地获得混凝土在爆炸冲击荷载作用下的真实响应。而基于混凝土细观分布的力学研究目前主要限于静力分析，高速动力响应方面还刚刚起步。本研究将对混凝土材料在爆炸冲击荷载作用下的高速动力响应进行细观力学分析。分析中将混凝土考虑为由粗骨料、水泥砂浆以及连接界面组成的三相集合体。经实验验证后的混凝土模型还将用于实际混凝土构件承受爆炸冲击荷载的计算分析，用于判断和预测混凝土构件在爆炸冲击荷载作用下的损伤破坏程度。该研究成果可用于对防护结构的设计提供理论依据，还可以推广到混凝土构件抗侵彻分析研究。