爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱和板动力响应及损伤评定的数值模拟

摘要

钢筋混凝土柱和板作为钢筋混凝土框架结构中的主要构件,其抗爆性能直接影响到整个框架结构在爆炸荷载作用下的安全性。本文使用有限元软件LS-DYNA3D研究了钢筋混凝土柱和板在爆炸荷载作用下的动力响应及损伤程度,主要结论如下:
　　 (1)钢筋混凝土柱在爆炸荷载冲量不变的情况下,随着荷载超压峰值的提高,当荷载由动力荷载变为冲量荷载时,柱的破坏模式会从中部弯曲破坏转变为端部剪切破坏。
　　 (2)根据载荷作用后结构的剩余承载力,引入损伤度评定钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下的损伤情况。由柱在不同损伤程度时的超压渐近线和冲量渐近线绘制出压力-冲量曲线(P-I曲线),并用以预测柱在任意爆炸荷载作用下的损伤程度。
　　 (3)考虑钢筋混凝土柱的设计参数对其抗爆性能的影响,通过改变混凝土立方体抗压强度、增加纵筋配筋率和缩小箍筋间距可以有效地提高钢筋混凝土柱的抗爆性能。但当其超过一定范围后,对钢筋混凝土柱的抗爆性能提高极为有限。
　　 (4)研究了双向布筋钢筋混凝土板在爆炸荷载作用下的动力响应。当炸药沿着板中面向边界方向移动时,板的破坏模式由板中心弯曲破坏变为板支座处的剪切破坏,同时板的损伤程度也在增加;其破坏模式及损伤程度还与板内钢筋构造形式、支座模式及炸药当量等参数相关;全跨长布置负弯矩钢筋可以明显地提高板的抗爆性能。