混凝土抗爆性能-課件

抗爆性能1/14/2025隨著全球恐怖活動(dòng)的日益泛濫，曾經(jīng)很少遭受恐怖主義之害的我國(guó)，自20世紀(jì)80年代中期以來也屢次遭受恐怖活動(dòng)的危害?？植阑顒?dòng)最為常見和兇殘的手段之一就是爆炸。重要的軍事與民用設(shè)施始終是恐怖活動(dòng)的首選目標(biāo)。因此在設(shè)計(jì)中提高現(xiàn)有建筑物的抗爆等級(jí)，不僅僅是應(yīng)對(duì)恐怖襲擊的有效手段，更是滿足戰(zhàn)爭(zhēng)緊急庇護(hù)的有效手段。除此之外，某些特殊的結(jié)構(gòu)也對(duì)抗爆性能提出了非常高的要求，例如核電站的安全殼。1986年Chernobyl事故和2011年的福島核電站事故都給我們帶來了慘痛的教訓(xùn)。

這也對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)提出了特殊的要求，為了滿足應(yīng)對(duì)爆炸沖擊這類特殊荷載的要求，有必要對(duì)混凝土的抗爆性能做出全面的研究。Imp——improve符號(hào)說明結(jié)構(gòu)抗爆炸的特點(diǎn)1.1空氣沖擊波1.2結(jié)構(gòu)承受爆炸或者撞擊的突發(fā)性瞬間沖擊的主要受力特點(diǎn)：（1）荷載的特殊性——瞬時(shí)性、不確定性。荷載值特別大。因此設(shè)計(jì)時(shí)候，與普通荷載情況有所不同。允許這類結(jié)構(gòu)在達(dá)到設(shè)計(jì)荷載時(shí)候進(jìn)入塑形屈服狀態(tài)、出現(xiàn)較大的變形和裂縫，但是不得倒塌。（2）結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)——因?yàn)楸ê奢d持續(xù)時(shí)間非常短暫，并且應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的傳播非常迅速，所必爆炸荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的反應(yīng)主要以整體振動(dòng)為主，但是，由于應(yīng)力波在構(gòu)件內(nèi)傳播時(shí)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的反射和折射，造成構(gòu)件內(nèi)存在復(fù)雜的應(yīng)力區(qū)域，有時(shí)會(huì)引起構(gòu)件局部嚴(yán)重破壞，從而使得構(gòu)件承載力嚴(yán)重降低，所以應(yīng)力波在構(gòu)件內(nèi)的傳播有時(shí)也必須考慮。（3）材料的高速加載或變形——材料在沖擊荷載作用下的特性與緩慢加載下的特性有著本質(zhì)的區(qū)別，在爆炸空氣沖擊波荷載作用下，結(jié)構(gòu)材料經(jīng)受到毫秒級(jí)的快速加載，其應(yīng)變速率可達(dá)／s，而常規(guī)靜載材料試驗(yàn)的應(yīng)變速率為／s左右，兩者差別極大。（4）結(jié)構(gòu)的形式——核爆炸不僅具有高級(jí)炸藥的所有破壞特征，而且還具有核輻射、電磁脈沖、熱輻射等其他影響。因而，核爆炸后，在其有效破壞范圍內(nèi)的地面結(jié)構(gòu)必然蕩然無存。巖土在地面空氣沖擊波作用下，內(nèi)部也產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力波，對(duì)地下結(jié)構(gòu)的影響也是很大的?？焖偌虞d試驗(yàn)設(shè)備和方法2混凝土構(gòu)件在荷載高速作用下的受力性能與常速加載的比較

包括：材性、承載力和變形2.1爆炸荷載作用下固體材料的力學(xué)性能

材料在沖擊荷載作用下的特性與緩慢加載下的特性有著本質(zhì)的區(qū)別，在爆炸空氣沖擊荷載作用下，結(jié)構(gòu)材料經(jīng)受到毫秒級(jí)的快速加載，其應(yīng)變速率可達(dá)102—103／s，而常規(guī)靜載材料試驗(yàn)的應(yīng)變速率

為/s左右，兩者差別極大。材料動(dòng)力快速加載試驗(yàn)表明，隨應(yīng)變速率的提高，材料內(nèi)部發(fā)生了一系列物理化學(xué)變化，其力學(xué)特性主要表現(xiàn)在應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系更為復(fù)雜，一些特征參數(shù)，例如強(qiáng)度、延性、彈性模量、阻尼比等均有不同程度的變化.鋼（筋）和混凝土是混凝土結(jié)構(gòu)常用的兩種材料，所以鋼（筋）和混凝土在沖擊荷載作用下的材料特性一直是抗爆設(shè)計(jì)研究的熱點(diǎn)。以下為鋼筋在不同的應(yīng)變速度加載情況下的試驗(yàn)曲線：混凝土材料具有明顯的非線性特征，混凝土的非線性主要是由于內(nèi)部微裂縫的存在而造成的，所以混凝土的非線性性能主要由微裂縫的生成、擴(kuò)展和傳播特性所決定，并且最終造成材料的破壞，混凝土的動(dòng)力特性也主要是由于微裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展所決定的。以下為混凝土在不同加載速度下的受壓、受拉試驗(yàn)曲線：結(jié)合以上曲線可以看出混凝土在快速加載的情況下的動(dòng)力特性有以下特點(diǎn)：①混凝土材料是明顯的應(yīng)變率相關(guān)材料，屈服強(qiáng)度和瞬時(shí)應(yīng)力隨應(yīng)變率的增加而增加，增加幅度與混凝土強(qiáng)度關(guān)系不大，拉、壓屈服強(qiáng)度增加倍數(shù)與應(yīng)變率成對(duì)數(shù)線性關(guān)系；②屈服應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變(臨界應(yīng)變)隨應(yīng)變率的增加而變化不大；③最大體積應(yīng)變也隨應(yīng)變率的增加而增加；④耗能能力也隨應(yīng)變率的增加而增加；⑤初始彈性模量變化不大；⑥在應(yīng)力水平較低時(shí)波松比變化不大。只有當(dāng)應(yīng)力水平較高，引起內(nèi)部微裂縫迅速發(fā)展對(duì)，波松比相差較大，出于動(dòng)態(tài)荷載作用下微裂縫發(fā)展較慢，所以，動(dòng)荷載作用下波松比發(fā)生明顯變化時(shí)的應(yīng)力水平較高；⑦在動(dòng)力荷載作用下，混凝土材料具有明顯的損傷軟化效應(yīng)，循環(huán)荷載作用下，混凝土材料的失效與材料微裂縫的發(fā)展與材料的損傷累積有關(guān)。2.2構(gòu)件的承載力和變形受彎構(gòu)件受壓構(gòu)件上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出一般性的結(jié)論：

快速加載情況下，鋼筋混凝土梁的抗彎承載力明顯提高，提高的幅度主要取決于鋼筋的屈服強(qiáng)度，而變形和延性與靜載下構(gòu)件的性能接近。上述試驗(yàn)結(jié)果引出的一般性結(jié)論為：

在快速加載（或變形）情況下，鋼筋混凝土柱的極限承載力明顯提高，提高的幅度主要取決于鋼筋和混凝土的強(qiáng)度，而構(gòu)件的破壞形態(tài)、變形性能和指標(biāo)值等都與靜載構(gòu)件的無明顯差別