内爆作用下钢筋混泥土框架结构及承重件的毁伤与评估

第1章绪论

第2章爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的毁伤模式研究

第3章爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱的毁伤模式研究

第4章爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的毁伤模式研究

第5章钢筋混凝土框架结构内部爆炸毁伤效应研究

第6章爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件毁伤评估方法

第7章总结和展望

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除煤气管（罐）、化学药品偶然发生爆炸外，恐怖袭击和战争条件下，也存在不少的爆炸隐患。因此，现代建筑结构的安全设计，除考虑包括自重在内的静载作用、风和地震等的振动荷载作用外，还需要考虑爆炸荷载的作用。

本书介绍了在建筑内部发生爆炸的情况下，钢筋混凝土框架结构承重件的毁伤与评估。本书以梁、柱、板承重件及承重框架结构为研究对象，以实验研究为主要研究方法，研究钢筋混凝土框架结构及承重件在内爆作用下的毁伤形态、毁伤程度、毁伤模式及爆毁后的毁伤与评估。

大跨空间钢结构广泛应用于人员活动密集的大型公共建筑，一旦遭遇内爆炸袭击，极易造成重大人员伤亡、财产损失和恶劣社会影响，但相关研究薄弱。本项目采用有限元数值仿真、理论计算和试验研究相结合的方法，对大跨空间钢结构在内爆炸下的冲击波传播和分布规律，结构的爆炸动力效应，结构几何及刚度、非结构破坏和泄爆对爆炸效应的影响，以及结构的防爆和抗爆措施等进行了研究。研究内容主要包括： （1）结构内爆炸冲击波的传播、聚集效应和计算方法； （2）结构的内爆炸动力响应、破坏模式、损伤和失效机理； （3）结构几何和刚度、围护结构和泄爆对爆炸效应的影响； （4）围护结构的泄爆阀值和泄爆效应； （5）钢材的强冲击材料性能试验、空爆试验和钢网壳模型内爆炸试验。 通过研究，本项目取得以下主要成果： （1）揭示了内爆炸下，冲击波在大跨空间钢网壳内的传播、聚集规律，提出了准确度更好的冲击波超压计算的修正公式。 （2）基于试验结果，建立了内爆炸下大跨空间钢网壳结构的参数化数值仿真计算模型，能够相当准确地模拟计算大跨空间钢结构的内爆炸、冲击波传播过程、结构失效和破坏模式。 （3）通过研究炸药量、爆炸点位置、刚度、结构空间几何、围护结构开洞与泄爆方式等因素对钢结构球网壳、柱网壳和平板网架内爆炸动力效应的影响，揭示了大跨空间钢结构在内爆炸作用下的动力响应机制、结构损伤和破坏模式、失效机理及其与主要影响因素的关系。 （4）进行了钢材的霍普金森杆材料性能冲击试验、炸药空爆试验。分别完成了强、弱围护结构钢网壳模型的场地大型内爆炸试验和测试，积累了有价值的爆炸试验实测数据。 （5）初步揭示了围护结构泄爆对大跨空间钢结构内爆炸效应的影响规律，以及爆炸效应与墙（屋）面刚度、开洞方式等因素的关系。提出了确定几种钢网壳结构泄爆阀值的方法。 （6）提出了大跨钢网壳结构防爆、抗爆和泄爆的方法以及维护使用的技术指引。 本项目还取得了一些其他成果。 2100433B

大跨空间钢结构广泛应用于人员活动密集的大型公共建筑，一旦遭遇内爆炸袭击，极易造成重大人员伤亡、财产损失和恶劣社会影响，但相关研究薄弱。本项目采用数值模拟和模型试验相结合的方法，对内爆炸作用下大跨空间钢结构的动力响应、破坏模式、失效机理和防爆方法进行研究。首先，基于ALE有限元，对大跨空间钢结构内爆炸冲击波的传播规律进行数值实验，推演冲击波超压与炸药TNT当量和爆炸点距离之间的数学表达。其次，对爆炸冲击波超压进行本征正交分解法(POD法)分解和重构，使时空不同步的海量冲击波超压频谱转换成有限数量的表征值，获得冲击波压力场在结构表面上的分布，使爆炸冲击波作用数量化并进行试验验证。然后，考虑结构几何及刚度、非结构破坏和泄爆影响并结合试验结果，对大跨空间钢结构在内爆炸冲击波超压作用下的动力响应机制、失效模式和机理进行数值仿真和分析。在此基础上，提出大跨空间钢结构的防爆和泄爆方法及正确使用指引。

在隧道等地下工程爆破施工中，超欠挖现象严重影响隧道施工期安全。如何获得爆生气体作用下岩石裂纹的扩展方向和长度，及其与既有裂隙的贯通形式与交互作用，是提高隧道光面爆破技术水平的核心问题。本项目以爆炸力学及线弹性断裂力学为理论基础，采取实验研究、理论分析与现场实际验证相结合的手段，重点研究爆生气体作用下岩石裂纹的力学行为及其扩展模型。首先，基于爆炸力学理论，获得爆生气体膨胀压力随时间变化规律；在此基础上采用线弹性断裂力学方法，建立爆生气体作用下岩石裂纹的扩展及止裂准则，计算裂纹的最终长度；通过爆生气体作用下岩石裂纹形态特征实验，研究爆生裂纹的长度、方向等形态特征及其与既有裂隙的交互作用；建立基于解析计算与室内实验的爆生气体作用下岩石裂纹扩展模型。本项目的研究，可为丰富和发展岩石爆破理论，提高隧道光面爆破技术水平，提供理论依据与技术支持，对解决隧道等地下工程爆破中的超欠挖问题有重要的价值。